เรียนรู้ ลำดับและอนุกรม ตั้งแต่ต้น
ก่อนหน้านี้: ลิมิต, อนุพันธ์
1ลำดับเลขคณิตและลำดับเรขาคณิต
ลำดับคือรายการของจำนวน a₁, a₂, a₃, … และอนุกรมคือผลบวกของมัน มีสองชนิดที่ออกสอบทุกครั้ง
ลำดับเลขคณิตบวกผลต่างเท่ากัน d ทุกขั้น: 3, 7, 11, 15, … มี d = 4
aₙ = a₁ + (n − 1)d Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
สำหรับ 3, 7, 11, …: a₂₀ = 3 + 19·4 = 79 และ S₂₀ = 20·(3 + 79)/2 = 820 สังเกต n − 1: จากพจน์แรกถึงพจน์ที่ 20 มีเพียง 19 ขั้น
ลำดับเรขาคณิตคูณด้วยอัตราส่วนเท่ากัน r ทุกขั้น: 2, 6, 18, … มี r = 3
aₙ = a₁·rⁿ⁻¹ Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
ตรวจสอบตนเอง พจน์ที่ 10 ของ 5, 8, 11, 14, … คือเท่าใด
- 29
- 30
- 32
- 35
คำตอบ: 32. d = 3 ดังนั้น a₁₀ = 5 + 9·3 = 32 การใช้ 10·3 แทน 9·3 ได้ 35
2อนุกรมเรขาคณิตอนันต์
บวกพจน์ของ 2 + 1 + 0.5 + 0.25 + … ต่อไป ผลบวกจะค่อย ๆ เข้าใกล้ 4 โดยไม่เคยเกิน
เมื่อ |r| < 1 พจน์ rⁿ ใน Sₙ ลดเหลือ 0 และผลบวกอนันต์มีค่า:
S = a₁/(1 − r), ใช้ได้เฉพาะเมื่อ |r| < 1
ในที่นี้ a₁ คือพจน์แรกของผลบวก สำหรับ Σk=2∞ 8·(1/2)ᵏ พจน์แรกคือ 8·(1/2)² = 2 ดังนั้น S = 2/(1 − 1/2) = 4
เมื่อ |r| ≥ 1 พจน์ไม่ลดลงและอนุกรมไม่มีผลบวก: อนุกรมลู่ออก
ตรวจสอบตนเอง Σk=0∞ 3·(1/4)ᵏ เท่ากับเท่าใด
- 12
- 2.4
- 3
- 4
คำตอบ: 4. พจน์แรก (k = 0) คือ 3 และ r = 1/4 ดังนั้น S = 3/(1 − 1/4) = 4 การใช้ 1 + r ที่ตัวส่วนได้ 2.4
3อนุกรมลู่เข้าหรือไม่
อนุกรมส่วนใหญ่ไม่มีสูตรผลบวกอย่างง่าย แต่ยังตัดสินได้ว่าผลบวกมีค่าจำกัดหรือไม่ ใช้การทดสอบตามลำดับนี้:
- การทดสอบพจน์ที่ n: ถ้าพจน์ไม่ลู่เข้าสู่ 0 อนุกรมลู่ออก Σ k/(k + 1) ลู่ออกเพราะพจน์ลู่เข้าสู่ 1
- อนุกรมมาตรฐาน: Σ1/kᵖ ลู่เข้าเฉพาะเมื่อ p > 1 (ดังนั้น Σ1/k อนุกรมฮาร์มอนิก ลู่ออก) Σrᵏ ลู่เข้าเฉพาะเมื่อ |r| < 1
- การเปรียบเทียบ: 1/(k² + 3) น้อยกว่า 1/k² ดังนั้น Σ1/(k² + 3) ก็ลู่เข้าด้วย
- การทดสอบอัตราส่วน: L = lim |ak+1/ak| L < 1 ลู่เข้า L > 1 ลู่ออก L = 1 ไม่ให้คำตอบ ใช้กับแฟกทอเรียลและเลขยกกำลัง k
- อนุกรมสลับ: Σ(−1)ᵏ/k ลู่เข้า เพราะพจน์สลับเครื่องหมายและลดลงสู่ 0
ตัวอย่าง: สำหรับ Σ k/2ᵏ อัตราส่วนคือ ((k + 1)/k)·(1/2) ซึ่งลู่เข้าสู่ L = 1/2 < 1 ดังนั้นลู่เข้า
ตรวจสอบตนเอง อนุกรมใดต่อไปนี้ลู่ออก
- Σ (2/3)ᵏ
- Σ 1/k²
- Σ 1/√k
- Σ 3ᵏ/k!
คำตอบ: Σ 1/√k. 1/√k = 1/k1/2 เป็น p-อนุกรมที่ p = 1/2 ≤ 1 ดังนั้นลู่ออก 1/k² มี p = 2, (2/3)ᵏ เป็นอนุกรมเรขาคณิตที่ r < 1 และการทดสอบอัตราส่วนให้ L = 0 สำหรับ 3ᵏ/k!
4อนุกรมกำลังและรัศมีการลู่เข้า
อนุกรมกำลัง Σ ck(x − x₀)ᵏ คือพหุนามที่ไม่มีที่สิ้นสุด ลู่เข้าสำหรับ x ที่ใกล้จุดศูนย์กลาง x₀ มากพอ
การทดสอบอัตราส่วนกับทั้งพจน์ให้รัศมีการลู่เข้า R: อนุกรมลู่เข้าสำหรับ |x − x₀| < R และลู่ออกสำหรับ |x − x₀| > R
R = lim |ck/ck+1|
ตัวอย่าง: Σ xᵏ/(k·3ᵏ) มี ck/ck+1 = 3(k + 1)/k ซึ่งลู่เข้าสู่ 3 ดังนั้น R = 3 และอนุกรมลู่เข้าสำหรับ −3 < x < 3
ที่จุดปลายทั้งสอง การทดสอบไม่ให้คำตอบ ให้ตรวจแยกต่างหากถ้าโจทย์ถามช่วงเต็ม
5พหุนามเทย์เลอร์และแมคคลอริน
ใกล้จุด a ฟังก์ชันเรียบดูเหมือนพหุนาม พหุนามเทย์เลอร์ดีกรี n ตรงกับค่าและอนุพันธ์ n อันดับแรกที่ a:
Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!
สำหรับ a = 0 เรียกว่าพหุนามแมคคลอริน จงจำอนุกรมเหล่านี้ให้ขึ้นใจ:
eˣ = 1 + x + x²/2! + x³/3! + …
sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …
cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …
ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …
ยิ่งใช้พจน์มาก พหุนามยิ่งอยู่ใกล้ฟังก์ชันได้นานขึ้น
ตัวอย่างที่แก้ให้ดูจงประมาณ e0.5 ด้วยพหุนามแมคคลอรินดีกรี 3 และหาขอบเขตของความคลาดเคลื่อน
1P₃(x) = 1 + x + x²/2 + x³/6
2P₃(0.5) = 1 + 0.5 + 0.125 + 0.020833 = 1.645833
3ความคลาดเคลื่อนมากที่สุด M·|x|⁴/4! โดย M คือค่าที่มากที่สุดของอนุพันธ์อันดับ 4 คือ eᵗ ระหว่าง 0 และ 0.5: M = e0.5 ≈ 1.6487
|R₃| ≤ 1.6487·0.5⁴/24 = 0.0043
4เครื่องคิดเลขให้ e0.5 = 1.648721 ดังนั้นความคลาดเคลื่อนจริงคือ 0.0029 อยู่ในขอบเขต
คำตอบ e0.5 ≈ 1.6458 โดยมีความคลาดเคลื่อนมากที่สุด 0.0043
6ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยและคำถามในข้อสอบ
- ใช้ n แทน n − 1 ขั้นสำหรับพจน์ที่ n
- เขียน a/(1 − r) ด้วยพจน์แรกที่ผิดเมื่อผลบวกไม่ได้เริ่มที่ k = 0
- สรุปว่าอนุกรมลู่เข้าเพียงเพราะพจน์ลู่เข้าสู่ 0 Σ1/k คือตัวอย่างค้าน
- ลืมแฟกทอเรียลในพหุนามเทย์เลอร์ หรือเครื่องหมายลบของ sin และ cos
- ใช้ |x|ⁿ/n! แทน |x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! ในขอบเขตความคลาดเคลื่อน
ง่าย: ผลบวกของลำดับเลขคณิตและเรขาคณิต ปานกลาง: การตัดสินการลู่เข้า การทดสอบอัตราส่วน และรัศมีการลู่เข้า ยาก: พหุนามเทย์เลอร์ สัมประสิทธิ์ของมัน และขอบเขตความคลาดเคลื่อน
ตรวจสอบตนเอง สัมประสิทธิ์ของ x³ ในอนุกรมแมคคลอรินของ sin x คือเท่าใด
- 1/3
- 1/6
- −1/3
- −1/6
คำตอบ: −1/6. sin x = x − x³/3! + … และ 3! = 6 ดังนั้นสัมประสิทธิ์คือ −1/6 การลืมเครื่องหมายลบได้ 1/6
เรียนรู้ทีละขั้นในแอปเรียนรู้ทีละขั้นในแอป