Matematik I · 7. Ünite: Diziler ve Seriler

Karşılaştırma ve Oran/Kök Testleri

$\sum n!/100^n$ ya da $\sum (\ln n)/n^2$ gibi serilerde kısmi toplamlar için kapalı bir formül yoktur ve integral testi zahmetlidir. Böyle serilerin karakterini, yakınsaklığı bilinen bir seriyle kıyaslayarak ya da ardışık terimlerin oranına bakarak belirleyebiliriz. Bu konuda doğrudan ve limit karşılaştırma testlerini, oran ve kök testlerini ispatlayacak, hangi testin hangi terim yapısında kullanılacağına karar vermeyi öğrenecek ve $L=1$ durumunda testlerin neden sonuçsuz kaldığını göreceksiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Hangi test, hangi seri için?

  2. Doğrudan Karşılaştırma Testi

  3. Limit Karşılaştırma Testi

  4. Oran Testi (Ratio Test) ve ispatı

  5. Kök Testi (Root Test)

  6. Test seçim rehberi

  7. Çözümlü örnekler

  8. Simülasyon, sınır durumları ve yanılgılar

Anahtar terimler

Doğrudan Karşılaştırma (Direct Comparison)
$0\le a_n\le b_n$ iken: $\sum b_n$ yakınsak $\Rightarrow$ $\sum a_n$ yakınsak; $\sum a_n$ ıraksak $\Rightarrow$ $\sum b_n$ ıraksak.
Limit Karşılaştırma (Limit Comparison)
$0<\lim a_n/b_n<\infty$ ise iki serinin karakteri aynıdır; $c=0$ ve $c=\infty$ yalnızca tek yönlü sonuç verir.
Oran Testi (Ratio Test)
$\rho=\lim|a_{n+1}/a_n|$; $\rho<1$ yakınsak, $\rho>1$ ıraksak, $\rho=1$ sonuçsuz. Faktöriyel ve üstel terimler için uygundur.
Kök Testi (Root Test)
$L=\lim\sqrt[n]{|a_n|}$; $L<1$ yakınsak, $L>1$ ıraksak, $L=1$ sonuçsuz. $n$. kuvvet biçimli terimler için uygundur.
Sonuçsuz durum (inconclusive)
$\rho=1$ ya da $L=1$ olması; hem yakınsak ($\sum1/n^2$) hem ıraksak ($\sum1/n$) seriler bu değeri verir.
Baskın terim (dominant term)
$n\to\infty$ iken terimin davranışını belirleyen en hızlı büyüyen kısım; limit karşılaştırmada $b_n$ buradan seçilir.
Referans seriler (benchmark series)
Geometrik seri ve $p$-serisi; karşılaştırma testlerinde $b_n$ olarak kullanılır.
Mutlak yakınsaklık (absolute convergence)
$\sum|a_n|$'nin yakınsaması; $\rho<1$ ya da $L<1$ koşulları bu güçlü sonucu verir.

Örnek soru

$\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{n^2}{2^n}$ serisinin karakterini belirlemek için en uygun test hangisidir?

  1. Alterne seri testi
  2. $p$-serisi testi
  3. Teleskopik toplam
  4. Oran testi
  5. $n$. terim testi (yakınsaklığı kanıtlar)

Doğru cevap: D

Çözüm

1. Terimde hem $n^2$ (kuvvet) hem $2^n$ (üstel) bulunur; ardışık terimlerin oranında üstel çarpan sadeleşir.
2. $\dfrac{a_{n+1}}{a_n} = \dfrac{(n+1)^2}{2^{n+1}}\cdot\dfrac{2^n}{n^2} = \dfrac12\left(1 + \dfrac1n\right)^2 \to \dfrac12 < 1$ ve seri yakınsar.
Çeldiriciler: $n$. terim testi yalnızca ıraksaklığı gösterir ($a_n\to0$ olduğundan burada sonuçsuzdur); seri alterne değildir; $p$-serisi testi $n^{-p}$ biçimli terimler içindir. Teleskopik toplam için kısmi kesir yoktur.

Matematik I: tüm konular