Enunciado

Teste a convergência ou divergência da série.

25.

∑ n = 1 ∞ n ! e n 2

Passo 1

E aí, gente bonita! Tudo show?

Então, a questão doida quer que a gente analise a série pelo melhor método e classifique em convergente ou divergente.

Ei, ei, ei... Fração envolvendo fatorial??? Teste da Razão!!

Pelo Teste da Razão:

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n = L

Se esse L > 1 , a série vai divergir.

Se esse 0 ≤ L < 1 , a série vai convergir.

Se esse L = 1 , nada podemos afirmar.

Então vamos aplicar esse teste.

Passo 2

Seja

a n =   n ! e n 2

Então:

a n + 1 = ( n + 1 ) ! e ( n + 1 ) 2

O limite da razão então será:

lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n = lim n → ∞ ⁡ n + 1 ! e n + 1 2 n ! e n 2

Na divisão entre frações, deixamos o numerador intocável e invertemos o denominador, que passa a multiplicar:

lim n → ∞ ⁡ n + 1 ! e n + 1 2 × e n 2 n !

Colocando n ! em evidência no numerador, e cancelando os termos:

lim n → ∞ ⁡ n + 1 ∙ n ! e n 2 + 2 n + 1 × e n 2 n !

No denominador, e n 2 + 2 n + 1 possui a propriedade de potenciação, então iremos abrir essa expressão como uma multiplicação de bases iguais:

e n 2 + 2 n + 1 = e n 2 × e 2 n × e 1

Assim, valor colocar em evidência e n 2 no denominador para cancelar os termos.

lim n → ∞ ⁡ n + 1 × e n 2 e n 2 × e 2 n + 1

lim n → ∞ ⁡ n + 1 e 2 n + 1

Passo 3

Se a gente substituir n por :

lim n → ∞ ⁡ ∞ + 1 e 2 ∞ + 1 = ∞ ∞

Opssss, indeterminada. Não pode!

Por isso, vamos manipular o limite acima pela Regra de L’Hopital, derivando cada termo desse limite.

lim n → ∞ ⁡ n + 1 e 2 n + 1

lim n → ∞ ⁡ 1 2 e 2 n + 1

Substituindo n por :

lim n → ∞ ⁡ 1 2 e 2 ∞ + 1

Lembra que 1 ∞ tende a 0 . Assim,

lim n → ∞ ⁡ 1 2 e 2 ∞ + 1 = 0

Show de bola! Como o nosso lim n → ∞ ⁡ a n + 1 a n = 0 < 1 , chegamos à conclusão de que a nossa série é convergente!

Resposta

∑ n = 1 ∞ n ! e n 2   é convergente

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