[Resolução] 10.20.16

Disciplina de Cálculo IV do ICMC
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DarkLord
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[Resolução] 10.20.16

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Consider the series
\(\sum_{n=1}^{\infty} log(n sin\frac{1}{n})\)
Determine whether the series converges or diverges. If it converges, determine whether it converges conditionally or absolutely.

Resolução:

Para n inteiro e positivo, sabe-se que \(n sin\frac{1}{n} < 1\)

\(\sum_{n=1}^{\infty} |log(n sin\frac{1}{n})| = \sum_{n=1}^{\infty} - log(n sin\frac{1}{n}) = \sum_{n=1}^{\infty} log(\frac{1}{n sin\frac{1}{n}})\)

A partir da expansão de Taylor para \(sin\frac{1}{n}\), temos que:
\(n sin\frac{1}{n} \geq 1 - \frac{1}{n^2}\)

Então
\(\sum_{n=2}^{\infty} log(\frac{1}{n sin\frac{1}{n}}) \leq \sum_{n=2}^{\infty} log(1 - \frac{1}{n^2 - 1})\)

Sabe-se que \(log(1-x) < x\), e, para \(n \geq 2\) a aproximação de \(\frac{1}{n^2-1}\) para \(\frac{1}{n^2}\) não altera a desigualdade, ainda se mantém menor. Assim:
\(\sum_{n=2}^{\infty} log(\frac{1}{n sin\frac{1}{n}}) < \sum_{n=2}^{\infty} \frac{1}{n^2}\)

Dessa forma, pelo teste da comparação, \(\sum_{n=1}^{\infty} log(\frac{1}{n sin\frac{1}{n}})\) converge.

E, como essa série corresponde ao módulo da série inicial, implica que:

\(\sum_{n=1}^{\infty} log(n sin\frac{1}{n})\) é absolutamente convergente.
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