Serie alternada

Serie alternada

En matemáticas, una serie alternada es una serie infinita del tipo

\sum_{n=0}^\infty (-1)^n\,a_n,

con an ≥ 0. Una suma finita de este tipo es una suma alternada.

Condiciones de convergencia

Una condición suficiente para que la serie alternada converja es que sea absolutamente convergente. Pero la misma no es una condición necesaria, ya que existen series que no la satisfacen y aún así son convergentes. Por ejemplo, la serie armónica

\sum_{n=0}^\infty \frac{1}{n+1},

diverge, mientras que su versión alternada

\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^n}{n+1}

converge al logaritmo natural de 2.

Un test más amplio de convergencia de una serie alternada es el test de Leibniz: si la sucesión an es monotona decreciente y tiende a cero, entonces la serie

\sum_{n=0}^\infty (-1)^n\,a_n

converge.

Se puede utilizar la suma parcial

s_n = \sum_{k=0}^n (-1)^k a_k

para aproximar la suma de una serie alternada convergente. Si an es monótona decreciente y tiende a cero, entonces el error en esta aproximación resulta ser menor que an + 1.

Convergencia condicional

Una serie condicionalmente convergente es una serie infinita que converge, pero no converge absolutamente. El siguiente resultado anti intuitivo es verdadero: si la serie real

\sum_{n=0}^\infty (-1)^n\,a_n

converge condicionalmente, entonces para todo número real β existe un reordenamiento σ de la serie tal que

\sum_{n=0}^\infty (-1)^{\sigma(n)}\,a_{\sigma(n)}=\beta.

Como un ejemplo de esto, consideremos la serie precedente para el logaritmo natural de 2:

\ln 2=\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^n}{n+1}=1-\frac12+\frac13-\frac14+\frac15-\cdots.

Una forma posible de reordenar la serie es (los paréntesis en el primer renglón están únicamente para mejorar la comprensión):

1-\frac12-\frac14+\left(\frac13-\frac16\right)-\frac18+\left(\frac15-\frac1{10}\right)-\frac1{12} +\left(\frac17-\frac1{14}\right)-\frac1{16}+\cdots
=\frac12-\frac14+\frac16-\frac18+\frac1{10}-\cdots
=\frac12\left(1-\frac12+\frac13-\frac14+\frac15-\cdots\right)
=\frac12\,\ln2.

Una demostración de este postulado se basa en que el algoritmo voraz para σ es correcto.

Véase también

  • Integral de Nörlund-Rice
  • 1 - 2 + 3 - 4 + . . .

Wikimedia foundation. 2010.

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