Potenzreihen Konvergenz

Aufrufe: 835     Aktiv: 28.10.2019 um 23:12

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Die Potenzreihe von ln(1+x) konvergiert nur von x [-1 bis 1] warum ist dies so? 

Auf Wikipedia und anderen Seiten wird nur von Konvergenzbereichen und des weiteren gesprochen ohne Beweise oder sonstiges aufzuführen. Wurzelkriterium und derartiges bekomme ich auch nirgends ordentlich hergeleitet/erklärt. Kann mir da jemand weiterhelfen? Bei Verständnissproblemen in den Kommentaren:)

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Hallo,

Wenden wir die Formel von Cauchy Hadamard an

$$ r = \frac 1 {\limsup\limits_{n \to \infty} \sqrt[n]{\vert a_n \vert}} $$

Wir bestimmen zuerst den Wurzelausdruck

$$ \sqrt[n]{\vert \frac {(-1)^{n+1}} n \vert} \\ = \frac {1} {\sqrt[n]{\vert n \vert}} $$

Davon ziehen wir jetzt den Grenzwert

$$ \lim\limits_{n \to \infty} \frac 1 {\sqrt[n]{\vert n \vert}} = 1 $$

Und somit ist der Radius 

$$ r = \frac 1 {\limsup\limits_{n \to \infty} \sqrt[n]{\vert a_n \vert}}  = 1 $$

Die Reihe konvergiert nun für alle \( (x_0-r , x_0 + r) \). Dabei ist \( x_0 \) der Entwicklungspunkt. Dieser ist bei uns Null. 
Also konvergieren auf jeden Fall alle \( x \in ( -1 , 1 ) \). Die Punkte auf dem Rand des Intervalls muss man noch einzelnd überprüfen. 

Für \( x = 1 \), gilt 

$$ \sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n+1} \frac {1^n} {n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac {(-1)^{n+1}} {n} = \ln(2) $$

Dies ist die alternierende harmonische Reihe und konvergiert gegen \( \ln(2) \).

Für \( x= -1 \), gilt

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

Das ist die negative harmonische Reihe und diese divergiert, also gilt für den Konvergenzradius

$$ x \in (-1,1] $$

Grüße Christian

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