Enunciado

Use o Teste da Integral para determinar se a série é convergente ou divergente.

∑ n = 1 ∞ 1 2 n + 1 3

Passo 1

Fala meu amigo!!!Para resolver as questões que envolvem o Teste da Integral não tem muito mistério! É só seguir o passo a passo que vamos apresentar, beleza?

Nosso primeiro passo será sempre olhar o nosso termo geral a n da série e associá-lo a uma função f ( x ) . Nesse nosso caso, ficamos com:

a n = 1 2 n + 1 3

f x = 1 2 x + 1 3

Ainda como parte do primeiro passo, é bom avaliarmos se a nossa função é contínua, positiva e decrescente entre os limites da nossa série, que, nesse caso, se configura no domínio [ 1 , ∞ ) .

De maneira prática, é só olhar para o termo geral a n e ver se ele será sempre positivo (no nosso caso, é tranquilo de perceber isso pois não há nenhum elemento que cause a função tornar-se < 1 ) e se ele decresce à medida que n aumenta.

Essa última parte é praticamente o Teste da Divergência, ou seja, se percebermos que

lim n → ∞ ⁡ a n ≠ 0

então não só não aplicaremos o Teste da Integral, como também já saberemos que a série é divergente.

Passo 2

Temos entãp que:

∫ 1 ∞ f x d x = ∫ 1 ∞ 1 2 x + 1 3 d x

O que é uma integral imprópria. Para calcular esse tipo de integral utilizaremos o limite de uma integral definita de 1 até uma variável qualquer, que estará tendendo ao infinito.Veja:

∫ 1 ∞ 1 2 x + 1 3 d x = lim x → ∞ ⁡ ∫ 1 t 1 2 x + 1 3 d x

Passo 3

Show de bola! Agora no segundo passo calcularemos a seguinte integral imprópria:

lim x → ∞ ⁡ ∫ 1 t 1 2 x + 1 3 d x

Fazendo por substiruição:

2 x + 1 = u

d u = 2 d x

Então: lim t → ∞ ⁡ ∫ 1 t 1 2 U 3 d x =   lim t → ∞ ⁡ 1 2 U - 2 - 1 2

lim t → ∞ ⁡ 2 x + 1 - 2 - 2 . 1 2 1 t

lim t → ∞ ⁡ - 2 x + 1 - 2 4 1 t = lim t → ∞ ⁡ - 1 4 . 2 t + 1 2 + 1 4 . 2 + 1 2

0 + 1 4 . 2 + 1 2 = 1 36

Opa! A nossa integral imprória convergiu para um valor!

Logo, pelo Teste da Integral, a nossa série é convergente!

Resposta

∑ n = 1 ∞ 1 2 n + 1 3   é convergente

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