Semua buku

Profesional

Aplikasi Tentang Pelatih Masuk Mulai membaca

Matematika · Glosarium

Apa itu Jari-jari kekonvergenan?

Definisi 11.2 Matematika Universitas — Tahun 2 · Bab 11 — Deret Pangkat

Jari-jari kekonvergenan bagi ∑anzn\sum a_n z^n adalah

R=sup⁡{r≥0:(anrn) terbatas}∈[0, +∞].R = \sup\{r \geq 0 : (a_n r^n) \text{ terbatas}\} \in \intcc{0}{+\infty} .

Menurut Lema 11.1: kekonvergenan mutlak untuk ∣z∣<R\abs z < R (dan normal pada subcakram kompak), sedangkan kedivergenan — bahkan suku yang tak terbatas — untuk ∣z∣>R\abs z > R. Pada lingkaran batasnya, apa saja bisa terjadi (Latihan 11.2). Dalam praktik RR dihitung lewat uji rasio d’Alembert pada ∣an∣∣z∣n\abs{a_n}\abs z^n atau lewat pembandingan.

Contoh

Contoh 11.3 (Sebuah jari-jari tanpa uji rasio)

Berapa jari-jari ∑sin⁡(n) zn\sum \sin(n)\,z^n? Rasio ∣sin⁡(n+1)/sin⁡n∣\abs{\sin(n+1)/\sin n} tak berlimit, tetapi definisinya bekerja secara langsung. R≥1R \geq 1: sebab ∣sin⁡n∣≤1\abs{\sin n} \leq 1, jadi (sin⁡n⋅rn)(\sin n\cdot r^n) terbatas untuk setiap r<1r < 1 — bahkan untuk r=1r = 1. R≤1R \leq 1: cukuplah bahwa sin⁡n↛0\sin n \not\to 0. Andaikan sin⁡n→0\sin n \to 0; maka rumus penjumlahan

sin⁡(n+1)=sin⁡ncos⁡1+cos⁡nsin⁡1\sin(n+1) = \sin n\cos 1 + \cos n\sin 1

akan memaksa cos⁡n→0\cos n \to 0 (selesaikan untuk cos⁡n\cos n, sebab sin⁡1≠0\sin 1 \neq 0), yang bertentangan dengan sin⁡2n+cos⁡2n=1\sin^2 n + \cos^2 n = 1. Jadi suku sin⁡(n) 1n\sin(n)\,1^n tidak menuju 00: sehingga deretnya divergen di z=1z = 1, dan R≤1R \leq 1. Kesimpulannya: R=1R = 1. Pelajaran penutupnya: jari-jarinya adalah pernyataan tentang keterbatasan ∣an∣rn\abs{a_n}r^n — jadi limit rasio tak pernah diperlukan, dan hujah keterbatasan menyelesaikan kasus yang tak tersentuh uji rasio (bandingkan dengan koefisien berayun pada Latihan 11.1).

Contoh 11.6 (Mengalikan dengan 11−x\frac{1}{1-x} menjumlahkan koefisiennya)

Hasil kali Cauchy terhadap deret geometri punya makna yang mudah diingat: untuk sembarang ∑anxn\sum a_nx^n berjari-jari R>0R > 0 dan ∣x∣<min⁡(R,1)\abs x < \min(R, 1),

11−x∑n≥0anxn=∑n≥0(∑k=0nak)xn:\frac{1}{1-x}\sum_{n\geq0}a_nx^n = \sum_{n\geq0}\Bigl(\sum_{k=0}^{n}a_k\Bigr)x^n :

jadi mengalikan dengan 11−x\frac{1}{1-x} mengganti koefisiennya dengan jumlah parsialnya (yakni mengonvolusikannya dengan barisan yang semua sukunya satu). Contohnya: ex1−x=∑nsnxn\dfrac{\eu^x}{1-x} = \sum_n s_n x^n dengan sn=∑k≤n1k!s_n = \sum_{k\leq n}\frac{1}{k!}, yakni jumlah parsial e\eu — bandingkan dengan Latihan 11.11, tempat hasil kali yang sama dengan e−x\eu^{-x} menyandikan cacah permutasi tanpa titik tetap. Pelajaran penutupnya: operasi pada deret pangkat adalah operasi pada barisan koefisien yang menyamar (kalikan dengan 11−x\frac1{1-x}: menjumlahkan; kalikan dengan xx: menggeser; turunkan: mengalikan dengan nn lalu menggeser) — yakni kamus yang kelak dibaca fasih oleh bab fungsi pembangkit.

Contoh 11.20 (Rumus Binet, dikerjakan)

Misalkan φ=1+52\varphi = \frac{1+\sqrt5}{2} dan ψ=1−52\psi = \frac{1-\sqrt5}{2}, yakni akar X2=X+1X^2 = X + 1; karena φ+ψ=1\varphi + \psi = 1 dan φψ=−1\varphi\psi = -1, berlaku

1−x−x2=(1−φx)(1−ψx).1 - x - x^2 = (1 - \varphi x)(1 - \psi x) .

Pecahan parsialnya: dengan mencari x(1−φx)(1−ψx)=A1−φx+B1−ψx\frac{x}{(1-\varphi x)(1-\psi x)} = \frac{A}{1 - \varphi x} + \frac{B}{1 - \psi x}, suku tetapnya memberi A+B=0A + B = 0 dan koefisien xx-nya −Aψ−Bφ=1-A\psi - B\varphi = 1, sehingga A(φ−ψ)=1A(\varphi - \psi) = 1: jadi A=15=−BA = \frac{1}{\sqrt5} = -B. Dua deret geometri kemudian,

F(x)=15∑n≥0(φn−ψn)xn⟹Fn=φn−ψn5F(x) = \frac{1}{\sqrt5}\sum_{n\geq0} \bigl(\varphi^n - \psi^n\bigr)x^n \quad\Longrightarrow\quad F_n = \frac{\varphi^n - \psi^n}{\sqrt5}

berkat ketunggalan koefisiennya (Teorema 11.7). Karena ∣ψ∣<1\abs\psi < 1, suku ψn5\frac{\psi^n}{\sqrt5} bernilai mutlak <12< \frac12: jadi FnF_n adalah bilangan bulat terdekat dari φn5\frac{\varphi^n}{\sqrt5}. Pelajaran penutupnya: jari-jari 1φ\frac1\varphi milik FF adalah kebalikan akar dominannya — jadi pertumbuhan koefisien dan jari-jari kekonvergenan adalah informasi yang sama, dibaca dari arah yang berlawanan.

Baca dalam konteks →