Passo 1
Bom, a gente sempre deve fazer o teste da divergência antes de tentar qualquer outro teste (a não ser que a série envolva um fatorial ou seja muito complicado de calcular o limite), porque se o cara for divergente, a gente já mata a questão, ok? Você lembra o que diz o teste da divergência?
Relaxa, nada mais é que calcular o limite do termo geral da série, quando . Se esse limite for diferente de zero, a série diverge, e se ele for diferente de zero, nada podemos concluir. Então bora fazer esse teste:
Como estamos tratando de uma função periódica, precisaremos usar o Teorema do Confronto. Dá uma olhada de como fazer: a gente sabe que a função cosseno varia entre e .
Percebeu o que eu fiz? Apenas manipulei a expressão pra aparecer ali no meio o que eu queria! Agora vamos passar o limite em todo mundo:
Eita! Deu zero, então agora vamos para outro teste.
Passo 2
Você vai ver que vai ser esse teste que você vai usar na maioria das vezes quando aparecer um seno ou um cosseno dessa maneira simples aí. Vamos usar o teste da comparação! Olha só como:
Perceba que termo geral da nossa série é SEMPRE menor ou igual ao termo geral de uma p-série com e a gente já viu que a p-série converge para .
Como a nossa série é sempre menor ou igual a uma série que converge, então a nossa série também converge.
Resposta
A série converge.