&DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Å 6pULHV GH SRWrQFLDV x x As VpULHVGHSRWrQFLDV são um caso particularmente importante das séries de funções, com inúmeras aplicações tanto teóricas como práticas. Um exemplo típico é a série, x x O cálculo do valor de sucessivas VRPDVSDUFLDLV é simples de programar e permite obter VXFHVVLYDVDSUR[LPDo}HV da H[SRQHQFLDO de qualquer número real. Chama-se VpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHP F ∈ ¸ a uma série da forma, onde DQ é uma sucessão de números reais. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Quando F é uma VpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDQDRULJHP e tem a forma, x Consideremos a série de funções definidas em ¸, x Trata-se de uma VpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDQDRULJHP. x Para [ x Então, quando / x Vejamos para que valores de [ a série é FRQYHUJHQWH. a VpULHQXODé convergente. Para [ os termos não se anulam e podemos aplicar o FULWpULRGH G¶$OHPEHUW, quando / e quando / _[_< a série é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH _[_> a série é GLYHUJHQWH _[_= nada podemos concluir. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Analisemos os dois casos para os quais _[_= , da série, x Para [ ±temos a série, que, por FRPSDUDomRSRUSDVVDJHPDROLPLWH com a série harmónica básica, facilmente provamos ser GLYHUJHQWH. x x Para [ temos a série, que é uma VpULHDOWHUQDGD. Estudando a respectiva VpULHGRVPyGXORV, verificamos que é GLYHUJHQWH, donde nada podemos concluir. x Resta tentar aplicar o FULWpULRGH/HLEQL]. x Para todo o Q ∈ ´ temos XPDVXFHVVmRGHQ~PHURVUHDLVSRVLWLYRV, x Será PRQyWRQD GHFUHVFHQWH e de OLPLWH]HUR? BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Efectivamente, e é evidente que, x Pelo critério de Leibniz concluímos que a VpULHDOWHUQDGD é FRQYHUJHQWH. x Portanto, no caso de [ , a série dada é convergente e como verificámos que a respectiva série dos módulos é divergente, ela é VLPSOHVPHQWHFRQYHUJHQWH x E finalmente podemos estabelecer que a VpULHGHSRWrQFLDV, é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH se [ ] ±[ é VLPSOHVPHQWHFRQYHUJHQWH se [ = é GLYHUJHQWH se [ ] ±] x Chama-seLQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD de uma série de potências ao LQWHULRU do seu GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD. x Para o exemplo anterior, como o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD é ] ±], o LQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD é ] ±[. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Analisemos finalmente a conhecida VpULHGHSRWrQFLDV, a série é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH. x Para [ x Para [ (termos não nulos) podemos aplicar o FULWpULRGHG¶$OHPEHUW, e concluir que a série é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH também para [ . x x Portanto a série é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH para todo o [ ∈ ¸, sendo o seu GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD todo o conjunto ¸. De modo análogo, analise a série, x Verifique que neste caso o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD é apenas o conjunto singular {}. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Å 3URSULHGDGHV GDV VpULHV GH SRWrQFLDV x ± _[_ ± _[_ x _[_ _[_ Recordemos a conclusão obtida do estudo da VpULHGHSRWrQFLDV, é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH se [ ] ±[ é VLPSOHVPHQWHFRQYHUJHQWH se [ = é GLYHUJHQWH se [ ] ±] BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x x Vejamos como a SURSULHGDGH anterior nos pode ajudar. x Para [ x Então esta SURSULHGDGH garante-nos que a série dada é DEVROXWDPHQWH FRQYHUJHQWH em todo o intervalo ]±[ x Para [ x Então esta SURSULHGDGH garante-nos que a série dada é GLYHUJHQWH em todo o intervalo ] ± ±[ ª ] [ x E como sabemos o que acontece nos próprios SRQWRV [ e [ ±, podemos concluir que o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD desta série é ] ±]. , vimos que é FRQYHUJHQWH a série alternada, ±vimos que é GLYHUJHQWH a série, Esta SURSULHGDGH é facilmente JHQHUDOL]iYHO a toda a VpULHGHSRWrQFLDV FHQWUDGDHPF Basta efectuar uma PXGDQoDGHYDULiYHO, de modo a transformar [ em [± FQ. Q BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x 1XPDDVpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHPF 9HULILFDPVHDVFRQGLo}HVVHJXLQWHV L 6HDVpULHFRQYHUJHHP[ ∈ ¸ \ {F} HQWmRFRQYHUJHDEVROXWDPHQWH HP WRGRRSRQWRGH] F ± _[ ± F_F_[ ± F_[ F ± _[ ± F_ F F_[ ± F_ LL 6HDVpULHGLYHUJHHP[ ∈ ¸ \ {F} HQWmRGLYHUJH HP WRGRRSRQWRGH] ±, F ± _[ ± F_[ ª ] F _[ ± F_ [ F ± _[ ± F_ x x F F_[ ± F_ De modo análogo, todas as propriedades das séries de potências centradas na origem podem ser JHQHUDOL]iYHLV a séries de potências centradas em F . A proposição seguinte descreve a propriedade mais importante das séries de potências. Efectivamente, VyWUrVFDVRV podem acontecer: a série converge absolutamente para todos os reais, ou só na origem, ou num intervalo centrado. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x ±5 5 ±5 5 [ 5 [ ± 5 x O comportamento nos próprios SRQWRV analisado para cada caso. x Naturalmente, ao número 5 chama-se UDLRGHFRQYHUJrQFLD da série de potências. x e tem de ser Assim, a questão fundamental do estudo de uma série de potências é a GHWHUPLQDomRGRVHXUDLRGHFRQYHUJrQFLD: , +, ou um número real. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x E JHQHUDOL]DQGR para toda a série de potências centrada em F ... x 1XPD DVpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHPF 9HULILFDVHXPD HXPDVy GDVFRQGLo}HVVHJXLQWHV L DVpULHFRQYHUJHDEVROXWDPHQWHDSHQDVHP[ FHGLYHUJHVH[F LL DVpULHFRQYHUJHDEVROXWDPHQWHSDUDWRGRR[ ∈ ¸ LLL H[LVWHXP5 !WDOTXHDVpULHFRQYHUJHDEVROXWDPHQWHSDUD WRGRR[ ∈ ] c ± R, F 5[ F ±5 H GLYHUJHSDUDWRGRR[ F5 ∈] ±, F ± 5 [ ª ] F 5 [ F ±5 x F F F5 Nada é dito sobre o comportamento da série nos SUySULRV SRQWRV e [ F± 5 . GLYHUJHQWH DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH F ±5 F [ F5 GLYHUJHQWH F5 BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Å 'HWHUPLQDomR GR UDLR GH FRQYHUJrQFLD x Para uma dada VpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHP F (F ouF ) calculemos o seu UDLRGHFRQYHUJrQFLD. Fa série é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWHe tem soma D. x Para [ x Nestas condições, podemos aplicar o FULWpULRGHG¶$OHPEHUW e calcular, x Chamemos, x Então, para _[±F_, x E agora, apenas WUrVFDVRV podem ocorrer, de acordo com os três possíveis valores de / : QXOR, LQILQLWR ou ILQLWRQmRQXOR. x Para [ Fe assumindo que os DQ não se anulam, teremos para todo o Q∈´ , BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x No caso de / x temos, então, pelo FULWpULRGHG¶$OHPEHUW e a série de potências converge absolutamente, desde que[ F. Mas já vimos que também converge absolutamente para [ x x Portanto, quando / x 5 , a série de potências é DEVROXWDPHQWH FRQYHUJHQWH para todo o[ ∈ ¸ e o seu UDLRGHFRQYHUJrQFLD é +. + No caso de / x F. temos, então, pelo FULWpULRGHG¶$OHPEHUW e a série de potências diverge, desde que[ F. Mas já vimos que converge absolutamente para [ x Portanto, quando / x 5 F. , o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD da série de potências é apenas {F} e o seu UDLRGHFRQYHUJrQFLD é nulo. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x No caso de / x e / temos, então, pelo FULWpULRGHG¶$OHPEHUW e a série de potências converge absolutamente, para todo o[ F, quando, e diverge, para todo o[ F, quando, e já vimos que converge absolutamente para [ x F. Portanto, quando / é ILQLWRHQmRQXOR, a série de potências é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH em todos os pontos do intervalo, e GLYHUJHQWH para todo o, 5 /. x Então, o UDLRGHFRQYHUJrQFLD é x Para determinar completamente o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD da série, será ainda necessário analisar o seu comportamento nos GRLVSRQWRV, BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Juntando os WUrVFDVRV, e assumindo as convenções habituais, , podemos estabelecer uma fórmula para o cálculo do UDLRGH e FRQYHUJrQFLDGHXPDVpULHGHSRWrQFLDV, GHVGHTXH os DQ não se anulem e o OLPLWHH[LVWD, mesmo que infinito. x x Note que, todo este estudo pode igualmente ser feito com base no FULWpULRGH &DXFK\. Desse estudo, e assumindo as mesmas convenções, resulta outra fórmula para o cálculo do UDLRGHFRQYHUJrQFLDGHXPDVpULHGHSRWrQFLDV, GHVGHTXH os DQ não se anulem e o OLPLWHH[LVWD, mesmo que infinito. x x Deste modo, para analisar uma dada série de potências, podemos seguir o processo de aplicação de XPGRVGRLVFULWpULRV, ou utilizar directamente XPD GDVGXDVIyUPXODV. Os GRLVSRQWRV extremos do intervalo têm de ser analisados separadamente. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Para cada uma das seguintes séries de potências, determine o GRPtQLRGH FRQYHUJrQFLD, indicando os SRQWRV onde a convergência é simples ou absoluta. x x Para todo o Q ∈ ´, x Então podemos calcular, x Portanto, 5 , o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD da série de é apenas {} onde FRQYHUJHDEVROXWDPHQWH. x Para todo o Q ∈ ´, x Então podemos calcular o limite, x BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Portanto, 5 , o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD da série de é todo o ¸, sendo DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH em todos os pontos. x Para todo o Q ∈ ´, x Então podemos calcular, x Então, 5 x Resta estudar o seu comportamento nos SRQWRV ± x , e a série é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH para, e . BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Para [ ± , temos a VpULHQXPpULFD, x que é uma VpULHDOWHUQDGD pois, para todo o Q ∈ ´, x Analisemos a VXFHVVmR, x que é GHFUHVFHQWH, pois, x e WHQGHSDUD]HUR, x Então, pelo FULWpULRGH/HLEQL], a série alternada é FRQYHUJHQWH. x Por outro lado, a respectiva VpULHGRVPyGXORV, x é GLYHUJHQWH pois, por FRPSDUDomRSRUSDVVDJHPDROLPLWH, x tem a mesma natureza da VpULHKDUPyQLFD, BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x por isso, a VpULHDOWHUQDGD é VLPSOHVPHQWHFRQYHUJHQWH, x Para [ x que acabámos de ver que é GLYHUJHQWH. x Portanto, a VpULHGHSRWrQFLDV dada tem como GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD x x e então, a VpULHGHSRWrQFLDV dada é VLPSOHVPHQWHFRQYHUJHQWH no SRQWR [ ± . , temos a VpULHQXPpULFD, e então, a VpULHGHSRWrQFLDV dada é GLYHUJHQWH no SRQWR [ o intervalo [ ± , [ sendo DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWHem ] mas VLPSOHVPHQWHFRQYHUJHQWH no SRQWR [ ± . . ± , [, x x Para todo o Q ∈ ´, x Então podemos calcular, BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Então, 5 , e a série é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH para, x e GLYHUJHQWH para, x Resta estudar o seu comportamento nos SRQWRV ± x Para [ x que é GLYHUJHQWH, por ser o produto da VpULHKDUPyQLFDEiVLFD por ± x Para [ x que é VLPSOHVPHQWHFRQYHUJHQWH, por ser uma VpULHKDUPyQLFDDOWHUQDGD com S . x Portanto, a VpULHGHSRWrQFLDV dada tem como GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD e . ± , temos a VpULHQXPpULFD, . , temos a VpULHQXPpULFD, o intervalo ] ± , ] sendo ] ± , [ e DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWHno intervalo VLPSOHVPHQWHFRQYHUJHQWH no SRQWR [ . BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x E que fazer quando o YDORUGRFHQWUR não aparece explicitamente na fórmula? Como por exemplo na série de potências, x Podemos começar por tentar PDQLSXODUDOJHEULFDPHQWH a fórmula. x Neste caso, notamos que e transformamos a série dada numa série de potências centrada em , x x Verifique que o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD é o intervalo [] onde é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH em todos os pontos. Noutras situações, poderá ser necessário fazer uma PXGDQoDGHYDULiYHO, x Como por exemplo, [± potências centrada na origem. ], convertendo a série dada numa série de x Verifique que, para esta série, o domínio de convergência é o intervalo de ], x Regressando à variável [, naturalmente recuperamos o intervalo []. [± ] onde é absolutamente convergente em todos os pontos. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Em qualquer dos casos, podemos sempre DSOLFDUGLUHFWDPHQWHXPGRV FULWpULRV, &DXFK\ ou G¶$OHPEHUW, à série dada. x x x x x Começamos por identificar o ponto, [ E para todo o [ e todo o Q , para o qual a VpULHVHDQXOD. ∈´ podemos calcular, por exemplo, Assim, para o FULWpULRGHG¶$OHPEHUWtemos / _[±_, sendo a série absolutamente convergente para os valores de [ tais que _[±_< . Combinando com facto de que a série (nula) é absolutamente convergente em [ , confirme o resultado já conhecido. Mostre que a série, é DEVROXWDPHQWHFRQYHUJHQWH apenas em ] ± [ . BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Å &RQYHUJrQFLD XQLIRUPH GH VpULHV GH SRWrQFLDV x Para que possamos GHULYDUHLQWHJUDU séries de potências WHUPRDWHUPR é vital conhecer os LQWHUYDORVe o WLSR de FRQYHUJrQFLD. x 6HMD XPDVpULHGHSRWrQFLDVFRPUDLRGHFRQYHUJrQFLDQmRQXOR HVHMD, R VHXLQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD (QWmRDVpULHFRQYHUJHXQLIRUPHPHQWH HP TXDOTXHULQWHUYDORIHFKDGRHOLPLWDGRGH, x Sendo [DE] um LQWHUYDORIHFKDGRHOLPLWDGR de,, tomando U PD[{ _D__E_} temos, ± U U [ DE] ¯ [± UU] ¯ , x x x Provemos que a convergência é XQLIRUPH em [± Para todo o [ UU]. ∈ [± UU] e todo o n ∈ ´0 temos |[Q| ≤ UQ e, Por outro lado, como a série é absolutamente convergente no seu intervalo de convergência, então é FRQYHUJHQWHDVpULHGRVPyGXORV, Ou seja, a VpULHGRVPyGXORV é PDMRUDGD por uma VpULHQXPpULFD FRQYHUJHQWH. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Então, pelo FULWpULRGH:HLHUVWUDVV, a série de potências é XQLIRUPHPHQWH FRQYHUJHQWH em [± UU]. DE] ¯ [± UU], a VpULHGHSRWrQFLDVé portanto XQLIRUPHPHQWHFRQYHUJHQWH em [ DE]. E como [ x Generalizando, x 4XDOTXHUVpULHGHSRWrQFLDV FRPUDLRGHFRQYHUJrQFLDQmRQXORFRQYHUJHXQLIRUPHPHQWH HP TXDOTXHULQWHUYDORIHFKDGRFRQWLGRQRVHXLQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD x Por exemplo a série anterior, como vimos, tem como GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD o intervalo [] e sendo o LQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD ][, é portanto XQLIRUPHPHQWH FRQYHUJHQWH em qualquer LQWHUYDORIHFKDGR contido em ][. x Por exemplo a série, se tem como GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD o intervalo ] LQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD o intervalo ] ± , ] e como ± , [, é então XQLIRUPHPHQWH FRQYHUJHQWH em qualquer LQWHUYDORIHFKDGR contido em ] ± , [. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x x x Note-se que, a propriedade anterior não relaciona directamente a FRQYHUJrQFLD XQLIRUPH com o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD. A propriedade seguinte, garante-nos que uma série de potências de raio de convergência não nulo é XQLIRUPHPHQWHFRQYHUJHQWH em todo o seu GRPtQLR GHFRQYHUJrQFLD. 2 7HRUHPDGH$EHO BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Generalizando, x 6HMD XPDVpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHPF ≠ FRPUDLRGHFRQYHUJrQFLD5 > (QWmRYHULILFDPVHDVFRQGLo}HVVHJXLQWHV L 6HDVpULHFRQYHUJHHP[ 5F HQWmRHODFRQYHUJHXQLIRUPHPHQWHQRLQWHUYDOR[ F 5F] H WHPVH LL 6HDVpULHFRQYHUJHHP[ ±5F HQWmRHODFRQYHUJHXQLIRUPHPHQWHQRLQWHUYDOR[ ± 5FF] H WHPVH x Por exemplo a série, é então XQLIRUPHPHQWHFRQYHUJHQWH em todo o seu GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD []. x e por exemplo a série, é XQLIRUPHPHQWHFRQYHUJHQWH no GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD ] ± , ] BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB Å 'HULYDomR H SULPLWLYDomR GH VpULHV GH SRWrQFLDV x x Generalizando, x 6HMD XPDVpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHP[ FRPUDLRGHFRQYHUJrQFLD5 > F (QWmRDVpULHGDVGHULYDGDV H DVpULHGDVSULPLWLYDV WrPWDPEpPUDLRGHFRQYHUJrQFLD5 x x Como consequência, tanto a VpULHGDVGHULYDGDV como a VpULHGDVSULPLWLYDV, FRQYHUJHPXQLIRUPHPHQWH em qualquer VXELQWHUYDOR fechado e limitado do seu LQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD que é ] í5F5F[. E com base neste facto, a proposição seguinte garante-nos que efectivamente podemos GHULYDUHLQWHJUDUVpULHVGHSRWrQFLDVWHUPRDWHUPR. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x 6HMD XPDVpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHP[ F (QWmRYHULILFDPVHDVFRQGLo}HVVHJXLQWHV L DVpULHGHSRWrQFLDVGHILQHXPDIXQomRFRQWtQXDHPWRGRR LQWHUYDORIHFKDGRFRQWLGRQRVHXLQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD LL DVpULHGHSRWrQFLDVSRGHLQWHJUDUVHWHUPRDWHUPRHPWRGRR LQWHUYDORIHFKDGRFRQWLGRQRVHXLQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD LLL DVpULHGHSRWrQFLDVSRGHGHULYDUVHWHUPRDWHUPRHPWRGRR LQWHUYDORIHFKDGRFRQWLGRQRVHXLQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD x &RQMXJDQGR o primeiro destes resultados com o 7HRUHPDGH$EHO, pode provar-se que a FRQWLQXLGDGH se verifica em todo o GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD. x 6HMD HVHMDI[D VXDVRPD (QWmR XPDVpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHP[ FRPUDLRGHFRQYHUJrQFLDQmRQXOR F D DVRPDGDVpULHGHSRWrQFLDVpXPDIXQomRFRQWtQXDQRGRPtQLR GH FRQYHUJrQFLDGDVpULHFRQVLGHUDGD BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Por exemplo a IXQomRVRPD da série, x e por exemplo a IXQomRVRPD da série, x 6HMD 6HMD, R VHXLQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD p FRQWtQXD em todo o seu GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD []. p FRQWtQXD em todo o seu GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLD ] ± , ] XPDVpULHGHSRWrQFLDVFHQWUDGDHP[ FRPUDLRGHFRQYHUJrQFLDQmRQXOR F H VHMDI[D VXDVRPD (QWmR E DIXQomRVRPDGDVpULHpGLIHUHQFLiYHOHP, H SDUDWRGRR[∈ x , WHPRV Por DSOLFDo}HVVXFHVVLYDV do mesmo resultado, temos também para todo R [ ∈ , e todo N ∈ ´ , BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB F DIXQomR)[GHILQLGDSRU p DSULPLWLYDGHI[HP, WDOTXH)F G DIXQomRI[pLQWHJUiYHOHPWRGRRLQWHUYDOR[DE] FRQWLGRQR VHX GRPtQLRGHFRQYHUJrQFLDHWHPVH x donde podemos calcular, BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Recordemos a série de funções, x A série é apenas SRQWXDOPHQWHFRQYHUJHQWH no intervalo ] ±[, mas é XQLIRUPHPHQWHFRQYHUJHQWH em qualquer LQWHUYDORIHFKDGR de ] ±[. x sendo uma série geométrica, a sua IXQomRVRPD é dada por, x e sendo ] ±[ o LQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD então, pela SURSULHGDGH x Por outro lado, a função x Então, pela SURSULHGDGHGRVLQWHJUDLV, temos para todo o [ x ou seja, GDVGHULYDGDV, temos para todo o [ ∈ ] ±[, é a SULPLWLYD de I[ que se anula em [ . ∈ ] ±[, BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Assim, no intervalo ] ±[, as três funções seguintes são UHSUHVHQWiYHLVSRU VpULHVGHSRWrQFLDV, x x A partir destas, por ou integrações, RXWUDVUHSUHVHQWDo}HVSRUVpULHVGH SRWrQFLDV podem ser construídas. Como por exemplo, D x Podemos utilizar a série , VXEVWLWXLQGR [ por ±[, x Não esquecendo de ajustar o LQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLD, que passará a ser ] ±[. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x x 2X podemos verificar directamente que se trata da fórmula da VRPDGH XPDVpULHJHRPpWULFD, com SULPHLURWHUPR e UD]mR U ±[. Naturalmente, a série geométrica será convergente apenas para os valores de | ±[ | < , donde calculamos o LQWHUYDORGH FRQYHUJrQFLD ] ±[. E x x Uma possível solução consiste em notar que, e então, ou multiplicando por a representação obtida em D, ou notando que se trata de da VRPDGHXPDVpULHJHRPpWULFD, com SULPHLURWHUPR e UD]mR U ±[, obtemos, cujo LQWHUYDORGHFRQYHUJrQFLDé ] ±[. x Por outro lado, a função é a SULPLWLYD de x que se DQXOD em [ . Resta então LQWHJUDUFDGDWHUPR, BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x E, pela SURSULHGDGHGRVLQWHJUDLV, temos para todo o LQWHUYDORGH FRQYHUJrQFLD ] ±[, F x Uma possível solução consiste em notar que, x Mas já sabemos de que, x Então, GHULYDQGRDWHUPR esta série e sendo ] ±[ o LQWHUYDORGH FRQYHUJrQFLD x temos, pela SURSULHGDGHGDVGHULYDGDV para todo o [ ∈ ] ±[, BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x A partir da representação, que é válida para todo o [ ∈ ] ±[, procuremos agora uma UHSUHVHQWDomRHPVpULHGHSRWrQFLDV para, com indicação doPDLRULQWHUYDORDEHUWRQRTXDOpYiOLGD. x Comecemos por calcular, x Então, por um lado sabemos que para todo o [ ∈ ] ±[, x e por outro lado verificamos que para todo o ± [ ∈ ] ±[, ou seja, para todo o [ ∈ ] ±[. x Resta então VXEWUDLU, BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Esta expressão pode ser VLPSOLILFDGD pois, para Q par, ± ± para Q ímpar, ± Q ±Q ±± ± ± ou seja, DQXODPVH todos os termos para os quais Q é ímpar ( ou x Q par) Deste modo obtemos a UHSUHVHQWDomRHPVpULHGHSRWrQFLDV, que é YiOLGDSDUDRLQWHUYDOR ] ±[. x x Pode também ocorrer o SUREOHPDLQYHUVR, isto é, dada uma representação em série de potências FDOFXODUDIXQomRVRPD. Por exemplo, a partir da representação que é válida para todo o [ ∈ ] ±[. calcular a IXQomRVRPD da série indicando o PDLRULQWHUYDOR em que essa representação é válida. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV &DStWXOR±6XFHVV}HVH6pULHVGH)XQo}HV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB x Partindo de, e VXEVWLWXLQGR [ por [ obtemos, ou seja, x E se a expressão inicial era válida para todo o [ ∈ ] ±[, esta é válida para [ ∈ ] ±[, ou seja, para todo o [ ∈ ] ±[. x Para relacionar esta com a série pretendida x Assim, pela SURSULHGDGHGDVGHULYDGDV das séries de potências temos, basta notar que [ ¶ Q[Q . Q ou seja, para todo o [ ∈ ] ±[. x E PXOWLSOLFDQGR ambos os membros por [, temos a VRPD pretendida, que é YiOLGD para todo o [ ∈ ] ±[. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB &iOFXOR,,5RViOLD5RGULJXHV