Enunciado

Teste a convergência ou divergência da série:

∑ n = 1 ∞ n 2 - 1 n 3 + 2 n 2 + 5

Passo 1

Olá pessoal, tudo bem?

Nesse exercício vamos analisar a convergência da série ∑ n = 1 ∞ n 2 - 1 n 3 + 2 n 2 + 5 .

#ficaadica: Termos algébricos polinomiais no numerador e no denominador??? Teste de Comparação no Limite!

O Teste de Comparação é uma ferramenta útil quando queremos comparar nossa série com outra série que já conhecemos o comportamento. Ele diz que:

  • Se nossa série é menor que a série convergente, ela também é convergente.
  • Se ela é maior que uma série divergente, ela também é divergente.

Nesse caso o termo geral da série é:

a n = n 2 - 1 n 3 + 2 n 2 + 5

Vamos buscar um termo geral b n para a série com a qual vamos comparar. Esse termo geral vai ser uma fração da seguinte forma: seu numerador será o termo de maior grau do numerador de a n (neste caso n 2 ); seu denominador será o termo de maior grau do denominador de a n (neste caso n 3 ). Portanto:

b n = n 2 n 3

= n n 3 = 1 n 2

Passo 2

A série ∑ n = 1 ∞ b n = ∑ n = 1 ∞ 1 n 2 é uma p-série com p = 2 e, portanto, é convergente. Vamos usar agora o Teste de Comparação no Limite:

lim n → ∞ ⁡ a n b n = lim n → ∞ ⁡ n 2 - 1 n 3 + 2 n 2 + 5 1 n 2

= lim n → ∞ ⁡ n 2 - 1 n 3 + 2 n 2 + 5 . n 2

Dividindo ambos numerador e denominador por n 3 :

lim n → ∞ ⁡ 1 n 3 n 2 n 2 - 1 1 n 3 n 3 + 2 n 2 + 5 = lim n → ∞ ⁡ 1 - 1 n 2 1 + 2 n + 5 n 3

= lim n → ∞ ⁡ 1 1 = 1

Passo 3

Como o nosso lim n → ∞ ⁡ a n b n = 1 > 0 e como a série ∑ n = 1 ∞ b n é convergente, chegamos à conclusão de que a nossa série também é convergente!

Resposta

∑ n = 1 ∞ n 2 - 1 n 3 + 2 n 2 + 5   é  convergente

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