Mostre que é convergente

Matemática Análise Real

Mostre, usando indução, que a +a 2 + ....+ an = an+1-a a-1, para a diferente de 1 e para todo n natural.

mostrar que a série Integral a infinito n n=1 converge para a 1-a quando 0 < a < 1.

 

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Isla perguntou há 4 anos

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Professor Lucas G.
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Respondeu há 4 anos

Base de indução (n=1):
a+a^2+...+a^n = a = a(a - 1) / (a-1) = (a^{1+1} - a) / (a - 1). 

Passo indutivo (se vale para um inteiro k >= 1, então vale para k+1): 
a + a^2 + . . . + a^{k+1} = (a + a^2 + . . . + a^k) + a^{k+1} = (a^{k+1} - a)/(a-1) + a^{k+1} = ( a^{k+1} - a + (a-1)a^{k+1} ) / (a-1) = (a^{k+2}  - a) / (a-1). 


Agora mostremos que 
\sum^\infty_{n=1} a^n = \frac{a}{1-a}
quando 0 < a < 1.

A série é o limite de (a + a^2 + . . . + a^n) para n tendendo ao infinito. Mas pelo o que foi provado acima, isto é o limite de (a^{n+1} - a)/(a-1) quando n tende ao infinito. 
Mas \lim_{n\to\infty} a^{n+1} = 0 já que 0 < a < 1. Então pelas propriedades aritméticas de limite, obtemos

\sum^\infty_{n=1} a^n = \lim_{n\to\infty} \frac{a^{n+1} - a}{a-1} = \frac{\lim\limits_{n\to\infty} (a^{n+1} - a)}{\lim\limits_{n\to\infty} (a-1)} = \frac{-a}{a-1} = \frac{a}{1-a}.

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