% -- LaTeX Template for Homework (S. Venkatraman) -- \documentclass[11pt]{article} \usepackage[T2A]{fontenc} \usepackage[utf8]{inputenc} \usepackage[russian]{babel} \usepackage{ amsmath, amsthm, amssymb, mathtools, graphicx, subfig, float, listings, color, inconsolata, fancyhdr, sectsty, hyperref, enumerate, framed } \usepackage[shortlabels]{enumitem} \flushbottom % Uncomment to make text fill the entire page \usepackage[bottom]{footmisc} % Anchor footnotes to bottom of page \renewcommand{\baselinestretch}{1.06} % Adjust line spacing %\setlength\parindent{0pt} % Remove paragraph indentation \usepackage{geometry}\geometry{letterpaper, % Set page margins left=1.35in, right=1.35in, top=1.1in, bottom=1in, headsep=.2in } % -- Frame settings (for problem statement) -- \setlength\FrameSep{0.55em} \setlength\OuterFrameSep{\partopsep} % -- 'question' is a custom command for writing the statement of a problem; first argument % is the question number, second argument is the statement -- \newcommand{\question}[2]{\begin{framed}\noindent \textbf{#1} #2\end{framed}} \newcommand{\withbraces}[1]{\left( #1 \right)} \DeclarePairedDelimiter\ceil{\lceil}{\rceil} \DeclarePairedDelimiter\floor{\lfloor}{\rfloor} % -- Flush left for 'enumerate' numbers %\setlist[enumerate]{wide=0pt, leftmargin=21pt, labelwidth=0pt, align=left} \hypersetup{colorlinks=true, linkcolor=magenta} % -- Make reference section title font smaller -- %\renewcommand{\refname}{\normalsize\bf{References}} % -- Uncomment these lines to set font to 'Charter', with math support -- % \usepackage[bitstream-charter]{mathdesign} % \usepackage[T1]{fontenc} % -- Left/right header text and footer (to appear on every page) -- \pagestyle{fancy} \renewcommand{\footrulewidth}{0.4pt} \renewcommand{\headrulewidth}{0.4pt} \lhead{sol 0930} \rhead{Шарафатдинов Камиль БПМИ192} % -- Document starts here -- \begin{document} \question{18.a}{ Доказать, что $\displaystyle \exists \lim_{n\to\infty}{ \left(\frac{\cos 1}{3} + \frac{\cos 2}{3^2} + \ldots + \frac{\cos n}{3^n}\right) }$ } Пусть $m > n$. \begin{gather*} |a_m - a_n| = \left| \frac{\cos (n)}{3^n} + \frac{\cos (n + 1)}{3^{n + 1}} + \ldots + \frac{\cos m}{3^m} \right| <\\ < \frac{1}{3^n} + \frac{1}{3^{n + 1}} + \ldots + \frac{1}{3^m} < \frac{1}{3^n} \cdot \frac{3}{2} < \frac{1}{3^{n - 1}} \end{gather*} Чтобы выполнялось $\epsilon > a_m - a_n, (m, n > N)$: $$ \epsilon > \frac{1}{3^{n - 1}} \implies \frac{1}{\epsilon} < 3^{n - 1} \implies \log_3{\frac{1}{\epsilon}} < n - 1 \implies N > \left\lceil \log_3{\frac{1}{\epsilon}} \right\rceil + 1 $$ По определению: \begin{gather*} \forall \epsilon > 0\ \ \ N = \left\lceil \log_3{\frac{1}{\epsilon}} \right\rceil + 1 + 1\\ \forall m > n > N\ \ \ \left\lceil \log_3{\frac{1}{\epsilon}} \right\rceil + 2 < N < n < m \\ \frac{1}{\epsilon} < 3^{n - 1} \implies \epsilon > \frac{1}{3^{n - 1}} > a_m - a_n = |a_m - a_n| \end{gather*} Значит, по критерию Коши последовательность сходится \question{18.c}{ Доказать, что $\displaystyle \exists \lim_{n\to\infty}{ \left(\frac{\cos 1!}{1 \cdot 2} + \frac{\cos 2!}{2 \cdot 3} + \ldots + \frac{\cos n!}{n (n + 1)}\right) }$ } Пусть $m > n$. \begin{align*} |a_m - a_n| &= \left| \frac{\cos n!}{n (n + 1)} + \frac{\cos (n + 1)!}{(n + 1)(n + 2)} + \ldots + \frac{\cos m!}{m (m + 1)} \right| <\\ &< \frac{1}{n (n + 1)} + \frac{1}{(n + 1)(n + 2)} + \ldots + \frac{1}{m (m + 1)} =\\ &= \frac{1}{n} - \frac{1}{n + 1} \frac{1}{n + 1} - \frac{1}{n + 2} \ldots \frac{1}{m} - \frac{1}{m + 1} =\\ &= \frac{1}{n} - \frac{1}{m + 1} < \frac{1}{n} \end{align*} \begin{gather*} \forall \epsilon > 0\ \ \ N = \left\lceil \frac{1}{\epsilon} \right\rceil + 1 \\ \forall m > n > N\ \ \ \frac{1}{\epsilon} < N < n < m \\ \epsilon > \frac{1}{n} > \frac{1}{n} - \frac{1}{m + 1} > \ldots > |a_m - a_n| \end{gather*} Значит, по критерию Коши последовательность сходится \clearpage \question{19.a}{ Найти частичные пределы $\displaystyle a_n = (-1)^n \cdot 2 + \frac{2}{n + 1} $ } \begin{align*} a_{2k} = 2 + \frac{2}{2k + 1} &\qquad \lim_{k\to\infty} a_{2k} = 2\\\\ a_{2k + 1} = -2 + \frac{2}{2k + 2} &\qquad \lim_{k\to\infty} a_{2k + 1} = -2\\ \end{align*} Частичными пределами будут $-2$ и $2$. Так как это все элементы последовательности, то больше частичных пределов нет. \question{19.b}{ Найти частичные пределы $\displaystyle a_n = \frac{ n \cos {\frac{\pi n}{2}} + 1 }{ (-1)^n \cdot n^2 + 2 } $ } \begin{align*} a_{4k} = \frac{n + 1}{n^2 + 2} &\qquad \lim a_{4k} = 0\\\\ a_{4k + 1} = \frac{1}{-n^2 + 2} &\qquad \lim a_{4k} = 0\\\\ a_{4k + 2} = \frac{-n + 1}{n^2 + 2} &\qquad \lim a_{4k} = 0\\\\ a_{4k + 3} = \frac{1}{-n^2 + 2} &\qquad \lim a_{4k} = 0\\ \end{align*} Все частичные пределы равны $0$. \clearpage \question{20}{ Найти верхний и нижний пределы \begin{enumerate}[(a)] \item $\displaystyle a_n = \left( 2 + (-1)^n \right)n$ \item $\displaystyle b_n = \sqrt[n]{ 1 + 2^{n \cdot (-1)^n} }$ \end{enumerate} } \begin{enumerate}[(a)] \item { \begin{align*} a_{2k} = 3n &\qquad \lim_{k\to\infty} a_{2k} = +\infty\\ a_{2k + 1} = n &\qquad \lim_{k\to\infty} a_{2k + 1} = +\infty\\ \end{align*} \text{Поэтому} $\displaystyle \varliminf_{n\to\infty} a_n = \varlimsup_{n\to\infty} a_n = +\infty$ } \item { \begin{align*} b_{2k} = \sqrt[n]{1 + 2^n} &\qquad \lim_{k\to\infty} b_{2k} = \lim_{k\to\infty} 2^{\frac{n}{n}} = 1\\ b_{2k + 1} = \sqrt[n]{1 + \frac{1}{2^n}} &\qquad \lim_{k\to\infty} b_{2k + 1} = 1\\ \end{align*} \text{Поэтому} $\displaystyle \varliminf_{n\to\infty} b_n = \varlimsup_{n\to\infty} b_n = 1$ } \end{enumerate} \question{21}{ \begin{enumerate}[(a)] \item $a_n = n$ \item $b_n = n^{(-1)^n} = \left\{ 1, \frac{1}{2}, 3, \frac{1}{4},\ \ldots \right\}$ \item $C = \{ \frac{1}{2}, \frac{1}{3}, \frac{2}{3}, \frac{1}{4}, \frac{2}{4}, \frac{3}{4}, \frac{1}{5}, \frac{2}{5}, \frac{3}{5}, \frac{4}{5}, \ \ldots \}$ \item { \text{Пусть} $X_{n, k} = n + C_k$, \qquad $Y = \{ X_{0, 1}, X_{0, 2}, X_{1, 1}, X_{0, 3}, X_{1, 2}, X_{2, 1}, \ \ldots \}$, \\ тогда $D = \{Y_1, -Y_1, Y_2, -Y_2, \ \ldots\}$ } \end{enumerate} } \begin{enumerate}[(a)] \item $a_n$ очевидно имеет ровно один частичный предел $+\infty$ \item $b_n$ имеет два частичных предела: $0$ и $+\infty$. \item любое действительное число из отрезка $[0; 1]$ -- частичный предел $C$ \item { любое иррациональное число из отрезка $[n; n + 1]$ -- частичный предел $X_n$, \\ поэтому любое иррациональное число из $\mathbb{R}_+$ -- частичный предел $Y$, \\ поэтому любое иррациональное число -- частичный предел $D$. } \end{enumerate} \end{document}