「数列の極限・関数の極限」に関する質問と回答

 

無限等比級数の収束条件
ゆきさん    [Profile 関東地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日2002/7/18(木)23:33

問題は、次の無限級数は収束するか。収束するなら、その和をもとめよ。
(sinx+sin2乗x)+(sin3乗x+sin4乗x)+(sin5乗x+sin6乗X)+・・・・・。
このもんだいが全然わかりません。

水野 健太郎さん の ホームページ  [Profile 近畿地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/7/19(金)00:00

水野%助っ人です。
・・・こりゃまた変な級数ですね。

でも、よく見てください。( )内の右なら右だけを見ていったら、順番に
sin^{2}x 倍ずつになっているでしょう??

そう、実はこれ、初項が sinx+sin^{2}x 、公比が sin^{2}x の無限等比級数に
なっているんです。収束するための条件は次のどちらかでしたから、
# もし忘れているなら教科書や参考書で確認してください!

1:初項が0
2:公比が−1より大きく1より小さい
(これ以外の場合、発散)

あとは初項・公比それぞれの三角関数を含む式、方程式・不等式を解くときのよう
に変形していってみましょう。xの値によって収束したり発散したり、収束する場
合も値が何種類かになる可能性があるので、それらを1つ1つ調べていきます。

【注意】初項が0以外で公比が1の場合は、同じものが無限に足し算されるので収
束しませんよ!無限等比「数列」(1項1項)の収束と、無限等比「級数」(無限
に足したもの)をきちんと区別してください。

=====
・・・と答えていて思ったのですが、いかにも数研の教科書傍用問題集のBやCの
問題にありそうなパターンですね。・・・と思ったら、やっぱりありました!

*** 「4STEP」の92(2)でしょう??

# この本の抜粋版「4STEPセレクト」では省かれていました。

私は4STEPの問題の解説の入ったCD−ROMを持って(正確に言えば、ソフ
トを自分のPCにインストールして)いるので、こっちで出力してみたんですけ
ど、・・・今言ったことを、いちいち場合分けして答えを出しています。かなりい
ろいろな分野の知識を要求される問題なので、ゆきさん自身が、自分はそこまでの
基礎知識がないと思ったら、とばしてもかまわない問題です。


ゆきさん  [Profile 関東地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日:2002/7/19(金)21:15

初項a=sinx+sin2乗x
公比r=sin2乗
これは、わかりました。
1)a=0のときx=2nπ又はx=π+2nπ又はx=3/2π+2nπ
この無限級数は収束し、その値は0
ここまで、考えました。
2)a=0でないとき
この2)のときは、どうすれば良いのですか?

水野 健太郎さん の ホームページ  [Profile 近畿地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/7/20(土)00:18

公比の条件を考えると、 -1<sin^{2}x<1
・・・でも、こいつはよく見ると、まんなかが2乗のかたちになってますからね。
「=1」になる sinx=pm1 のとき、xの条件に直すと x=(π/2)+nπ になります
が、(3/2)π+2nπ のときは「a=0」でフォローしていますから、x=(/2)+2nπ
のときだけ(正の無限大に)発散、そうでないとき収束で、収束値は公式
「a/(1-r)」に代入して、約分してやります。すると、この式はx=nπのときにも成
り立ちますから、そこの部分については規則を1本化した方が、解答としてかっこ
よくなりますよね??そうします。

・・・これだけのことをしてやると、答えは以下のようになります。

x≠(π/2)+nπのとき収束し、S=sinx/(1-sinx)
x=(3/2)π+2nπのとき収束し、S=0
x=(π/2)+2nπのとき発散する。

無限等比級数の収束・発散を調べるとき、初項=0は例外として最初に処理してや
り、あとから出てくる|r|<1の条件よりも優先させる必要があるので注意して
ください。
# 公比の部分が2とかでも、初項が0だったら・・・おお、収束だ!と考えて

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