項を打ち消す級数の部分和 S₂ₙ, S₂ₙ₋₁(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 項を打ち消す級数の部分和 S₂ₙ, S₂ₙ₋₁(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
次の無限級数の収束・発散を調べ,収束するときはその和を求めよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{3}+\dfrac{1}{2^2}-\dfrac{1}{3^2}+\dfrac{1}{2^3}-\dfrac{1}{3^3}+\cdots$
\item[(2)] $1-\dfrac{2}{3}+\dfrac{2}{3}-\dfrac{3}{5}+\dfrac{3}{5}-\dfrac{4}{7}+\cdots$
\end{enumerate}
第 $n$ 項までの部分和を $S_n$ とする.
(1) $S_{2n}=\displaystyle\sum_{k=1}^{n}\left(\frac{1}{2^k}-\frac{1}{3^k}\right)=\left\{1-\left(\frac{1}{2}\right)^n\right\}-\frac{1}{2}\left\{1-\left(\frac{1}{3}\right)^n\right\}$
よって $\displaystyle\lim_{n\to\infty}S_{2n}=1-\frac{1}{2}=\frac{1}{2}$
$S_{2n-1}=S_{2n}+\dfrac{1}{3^n}$ であるから $\displaystyle\lim_{n\to\infty}S_{2n-1}=\frac{1}{2}$
よって,収束して和は $\dfrac{1}{2}$
(2) 第 $2k-1$ 項は $\dfrac{k}{2k-1}$,第 $2k$ 項は $-\dfrac{k+1}{2k+1}$ である.
\[ S_{2n}=\sum_{k=1}^{n}\left(\frac{k}{2k-1}-\frac{k+1}{2k+1}\right)=1-\frac{n+1}{2n+1}\to 1-\frac{1}{2}=\frac{1}{2} \]
$S_{2n-1}=S_{2n}+\dfrac{n+1}{2n+1}=1$ より $\displaystyle\lim_{n\to\infty}S_{2n-1}=1$
極限が一致しないから,この級数は発散する.
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