Enunciado

Encontre a soma da série.

1 - ln ⁡ 2 + ln ⁡ 2 2 2 ! - ln ⁡ 2 3 3 ! + …

Passo 1

E aii, tudo certo??

Nesse exercício vamos calcular a soma de uma série. Mas... como faz isso?!

Bom, o que a gente pode fazer é encontrar a série de alguma função conhecida que seja parecida com essa, e comparar as duas pra achar o valor!

Spoiler: vamos precisar lembrar isso aqui:

e x = ∑ n = 0 ∞ x n n !

Passo 2

A primeira coisa que vamos fazer é reescrever essa soma, que vou chamar de S :

S = 1 - ln ⁡ 2 + ln ⁡ 2 2 2 ! - ln ⁡ 2 3 3 ! + …

Em um somatório desse tipo:

S = ∑ n = 0 0 ∎ ∎ ∎ !

Pra conseguir comparar com a série de alguma função!

Percebe que todos os termos da soma (menos o primeiro) têm um ln ⁡ 2 elevado a uma potência cada vez maior? Isso indica que vai aparecer um termo ln ⁡ 2 n no somatório!

Mas além disso, os termos estão alternando o sinal: quando o n é par o termo é positivo, e quando o n é ímpar o termo é negativo. Ou seja, vai aparecer um termo - 1 n no somatório:

S = 1 + - 1 1 ln ⁡ 2 1 1 ! + - 1 2 ln ⁡ 2 2 2 ! + - 1 3 ln ⁡ 2 3 3 ! + …

Pra completar, o termo 1 é na verdade o caso n = 0 (já que qualquer coisa elevada a zero é igual a 1 e 0 ! = 1 ):

S = - 1 0 ln ⁡ 2 0 0 ! + - 1 1 ln ⁡ 2 1 1 ! + - 1 2 ln ⁡ 2 2 2 ! + - 1 3 ln ⁡ 2 3 3 ! + …

Sendo assim, a nossa série em questão se resume a:

S = ∑ n = 0 ∞ - 1 n ln ⁡ 2 n n !

Como os dois termos do numerador estão elevados a mesma potência, a gente pode juntar:

S = ∑ n = 0 ∞ - ln ⁡ 2 n n !

E agora vamos comparar com a série da fun��ão f x = e x :

e x = ∑ n = 0 ∞ x n n !                                           S = ∑ n = 0 ∞ - ln ⁡ 2 n n !

Percebeu que elas são muito parecidas? A única diferença é que aonde tinha x na série de e x , na nossa série tem o termo - ln ⁡ 2 .

Ou seja, S é a própria função e x aplicada a - ln ⁡ 2 :

S = e - ln ⁡ 2 = e ln ⁡ 2 - 1 = 2 - 1 = 1 2

Resposta

1 - ln ⁡ 2 + ln ⁡ 2 2 2 ! - ln ⁡ 2 3 3 ! + … = 1 2

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Use uma série de Maclaurin na Tabela 1 para obter a série de Maclaurin da função dada. f x = sen ⁡ π x