Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda CristianMascia » 21/10/2017, 16:01

Devo studiare la convergenza di questa serie di funzione

$\sum_{n=1}^(+infty) (-1)^n (x^2+n)/n^2 $

Parto dalla convergenza totale, quindi devo trovare una successione numerica $a_n$ a termini positivi con $\sum_{n=1}^(+infty) a_n $ convergente tale che
$abs((-1)^n (x^2+n)/n^2 ) <= a_n , AA n in NN$

Calcolo il sup di $f_n$ su $[0, +infty)$ visto che parliamo di una funzione pari

$text(sup) abs((-1)^n (x^2+n)/n^2 ) = text(sup)((x^2+n)/n^2)$

Facendo la derivata noto che la funzione è crescente in $[0,+infty)$ quindi posso concludere dicendo che il sup è $infty$ ? Io credo si debba calcolare $lim_(x->+infty) f_n$. Il limite è comunque infinito quindi la serie non converge totalmente in $RR$. Anche restringendo l'intervallo, studiandola su $[0,a], a>0$ la serie non converge totalmente visto che:
$text(sup)abs(f_n) = (a^2+n)/n^2 text( su ) [0,a]$

$sum_{n=1}^(+infty) abs((a^2+n)/n^2 ) ~~ sum_{n=1}^(+infty) 1/n$

Posso concludere dicendo che la serie non converge totalmente su $RR$
Semplicemente la serie non converge nemmeno assolutamente visto che:
$sum_{n=1}^(+infty) abs((-1)^n (x^2+n)/n^2 ) = sum_{n=1}^(+infty) (x^2+n)/n^2 ~~ sum_{n=1}^(+infty) 1/n$

Infine passo allo studio della convergenza puntuale utilizzando il Criterio di Leibniz, e semplicemente concludo affermando la convergenza puntuale. Per quanto riguarda la convergenza uniforme non saprei come procedere. Volevo sapere se il ragionamento che ho seguito è giusto, e sopratutto se nel calcolo del sup c'è bisogno del calcolo dei limiti agli estremi dell'intervallo
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda cooper » 21/10/2017, 17:53

CristianMascia ha scritto:Facendo la derivata noto che la funzione è crescente in $[0,+∞)$ quindi posso concludere dicendo che il sup è ∞ ?

certo che puoi.
CristianMascia ha scritto:Posso concludere dicendo che la serie non converge totalmente su R

:smt023
CristianMascia ha scritto: Volevo sapere se il ragionamento che ho seguito è giusto, e sopratutto se nel calcolo del sup c'è bisogno del calcolo dei limiti agli estremi dell'intervallo

questa cosa se non ricordo male volevi farla anche nell'altro post. non ne capisco il senso. tu devi studiare il sup non è detto che questo coincida con il limite all'estremo del dominio. il metodo, corretto, da seguire è quello che hai già fatto.
CristianMascia ha scritto:Per quanto riguarda la convergenza uniforme non saprei come procedere.

dal teorema di Leibnitz riusciamo a stimare il resto della serie numerica. fissato $x in RR$ abbiamo
$|sum_(k=n+1)^(+oo)f_k|=|sum_(k=1)^(+oo)f_k -sum_(k=1)^(n)f_k| <= (x^2+(n+1))/(n+1)^2$
quindi quando studiamo la convergenza uniforme abbiamo questa utile disequazione.. allora su insiemi del tipo $[a,b] sub RR$:
$lim_(n->+oo)\text{sup}_(x in[a,b]) |f(x) - s_n(x)|<= lim_(n->+oo)\text{sup}_(x in[a,b]) (x^2+(n+1))/(n+1)^2 <= lim_(n->+oo) (\text{max} {a^2,b^2}+n+1)/(n+1)^2 =0$
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda CristianMascia » 21/10/2017, 19:52

Grazie, cmq io facevo il limite perche dalla derivata so che la funzione cresce ma non potrebbe esserci un asintoto orizzontale? E quindi quello sarebbe il sup.
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda cooper » 21/10/2017, 22:37

Ah OK usi il teorema della funzione monotona fissato n.
Sinceramente non l'avevo mai fatto non saprei.. Volendo per dimostrare che quel sup non è finito puoi anche maggiorare con $x^2+ n$
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda CristianMascia » 22/10/2017, 04:00

Avrei un'altra domanda riguardo lo studio di convergenza, propongo un esempio ma di una successione di funzione, ma ai fini della domanda, é la stessa cosa.
Prendendo la successione di funzione

$f_n(x) = n*e^(-n^2x^2)x$

con funzione limite
$f(x) = 0 $ su $RR$

É convergente puntualmente su $RR$, ma non converge uniformemente.
Appunto
$ lim_(n->+infty )text(sup)abs(f_n(x)-f(x))=1/sqrt(2*e)$

Il sup inoltre si trova nel punto $x=1/(sqrt(2)n)$.
Studiando la convergenza uniforme nell'intervallo $(a,+infty)$ con $a> 0$, studio solo in questo intervallo perche la funzione é dispari, adesso non so come procedere, nella soluzione che ho guardato, conclude dicendo che "ovviamente" il sup va a 0 quando $n->infty$ ma non capisco bene il perché, ho pensato che al crescere di n, visto che il sup si trova nel punto $x=1/(sqrt(2)n)$ esso tenderà a 0 e quindi verrebbe escluso dal nostro intervallo, ma non mi sembra una motivazione consistente, o meglio non saprei "giustificarla", potreste spiegarmi come comportarmi in quel caso ?
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda Weierstress » 22/10/2017, 10:53

Ciao. Ho svolto l'esercizio e sono perfettamente d'accordo con te fino allo studio della convergenza uniforme su $RR$.

Ora, se consideriamo intervalli del tipo $[epsilon, +oo)$ l'ascissa dell'estremo superiore è infinitesimo al tendere di $n$ a $+oo$. La funzione quindi decresce su tutto l'intervallo e avrà di conseguenza estremo superiore in $epsilon$.

Basta quindi osservare $lim_(nrarr+oo) |lim_(xrarr0) f_n(x)| = 0$ per concludere che si ha convergenza uniforme su intervalli di questo tipo. Per la disparità della funzione, $|f_n|$ presenta comportamento simile su intervalli del tipo $(-oo, -epsilon]$.

Il tuo ragionamento è perfettamente valido e rigoroso. Possiamo affermare che la funzione decresce su tutto l'intervallo senza remore, perché definitivamente $1/(2sqrtn)<epsilon, forallepsilon>0$
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda CristianMascia » 22/10/2017, 11:40

Grazie, avevo bene o male capito il ragionamento, non avevo la certezza che bastasse, quindi, visto che al tendere di n all'infinito, l ascissa del sup va a zero, il sup sarà $lim_(x->0) abs(f_n(x)-f(x))$ ?
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda Weierstress » 22/10/2017, 13:46

Se intendo bene quello che hai scritto sì. Visto che $1/(2sqrtn)rarr0$, definitivamente si trova a sinistra di $epsilon$; quindi la funzione è decrescente da $epsilon$ a $+oo$ e assume il valore maggiore proprio a $epsilon$.

Anziché scrivere $f_n(epsilon)$ ho scritto $lim_(xrarr0)f_n$, spero sia stato ugualmente chiaro... non vorrei che tu abbia inteso che faccio il limite per $xrarr0$ solo perché l'ascissa dell'estremo superiore va a zero. Lo faccio perché sto valutando la funzione in $epsilon$ per il ragionamento soprastante.

Non vorrei essere pedante, ho ripetuto la stessa cosa tre volte, ma non so come interpretare il tuo ultimo messaggio :-)
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda CristianMascia » 22/10/2017, 15:59

Effettivamente mi sono espresso male, cmq si ho capito il ragionamento che fai, visto che il punto in cui si trova il sup, al crescere di n va a 0, $epsilon$ risulta maggiore di tale elemento e quindi visto che la funzione é decrescente, il sup si trova prorpio in $epsilon$, grazie della pazienza
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Re: Studio convergenza serie di funzioni

Messaggioda Weierstress » 22/10/2017, 22:37

Esatto. Di niente! :-)
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