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Sucesiones y series

Ejercicios de criterios de convergencia de series con respuestas

12 ejercicios de convergencia de series con respuestas: término n-ésimo, series p, geométricas, comparación, integral, cociente, raíz y series alternadas.

Sucesiones y series Actualizado 4 min de lectura

De un vistazo

L = \lim_{n\to\infty}\left|\frac{a_{n+1}}{a_n}\right|: \quad L < 1 \text{ converge},\ L > 1 \text{ diverge}
Ejercicios
12, con respuestas y soluciones completas
Nivel
Cálculo 2 y AP Calculus BC, unidad 10
Necesitas
Límites al infinito y la fórmula de la serie geométrica
Idea principal
Relaciona la forma de los términos con el criterio que trata esa forma
Practica con números nuevos
Lección para elegir un criterio
En esta página
  1. Ejercicios
  2. Respuestas
  3. Soluciones paso a paso
  4. Errores comunes en estos ejercicios
  5. Sigue practicando

Estos ejercicios de criterios de convergencia de series te dan una mezcla de series y te piden decidir si cada una converge o diverge, y por qué. Elegir el criterio adecuado es la verdadera destreza, así que intenta nombrar el criterio antes de leer la solución. Las respuestas van primero y después las soluciones completas.

Una guía rápida de los criterios:

Forma de los términos Criterio que conviene probar
Los términos no tienden a 0 Criterio del término n-ésimo: diverge
ar^n Geométrica: converge si \lvert r\rvert < 1
\frac{1}{n^p} Serie p: converge si p > 1
Expresiones racionales o con raíces Comparación directa o en el límite
Factoriales o c^n Criterio del cociente
(\dots)^n Criterio de la raíz
(-1)^n b_n Criterio de series alternadas

Ejercicios

Decide si cada serie converge o diverge.

Series de referencia

  1. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^3}
  2. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{n}{n + 1}
  3. \displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}\left(\frac{2}{3}\right)^n (halla también la suma)
  4. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{\sqrt{n}}

Criterios de comparación y de la integral

  1. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^2 + 1}
  2. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{2n - 1}
  3. \displaystyle\sum_{n=2}^{\infty}\frac{1}{n\ln n}

Criterios del cociente y de la raíz

  1. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{n}{2^n}
  2. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{n!}{10^n}
  3. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{n}{2n + 1}\right)^n

Series alternadas

  1. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n+1}}{n}
  2. \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n}}{n^2}

Respuestas

Ejercicio Respuesta Criterio
1 Converge Serie p, p = 3
2 Diverge Término n-ésimo, términos \to 1
3 Converge a 3 Geométrica, r = \frac{2}{3}
4 Diverge Serie p, p = \frac{1}{2}
5 Converge Comparación con \frac{1}{n^2}
6 Diverge Comparación en el límite con \frac{1}{n}
7 Diverge Criterio de la integral
8 Converge Criterio del cociente, L = \frac{1}{2}
9 Diverge Criterio del cociente, L = \infty
10 Converge Criterio de la raíz, L = \frac{1}{2}
11 Converge condicionalmente Criterio de series alternadas
12 Converge absolutamente \sum\frac{1}{n^2} converge

Soluciones paso a paso

1. Es una serie p con p = 3 > 1, así que converge.

2. Los términos tienden a 1, no a 0:

\lim_{n\to\infty}\frac{n}{n + 1} = 1 \neq 0

Por el criterio del término n-ésimo, la serie diverge.

3. Geométrica con primer término 1 y razón \frac{2}{3}. Como |r| < 1:

\sum_{n=0}^{\infty}\left(\frac{2}{3}\right)^n = \frac{1}{1 - \frac{2}{3}} = 3

4. \frac{1}{\sqrt{n}} = \frac{1}{n^{1/2}} es una serie p con p = \frac{1}{2} \le 1, así que diverge.

5. Para todo n, n^2 + 1 > n^2, así que \frac{1}{n^2 + 1} < \frac{1}{n^2}. La serie mayor \sum\frac{1}{n^2} converge, así que la menor también.

6. Compara con \frac{1}{n}:

\lim_{n\to\infty}\frac{1/(2n - 1)}{1/n} = \lim_{n\to\infty}\frac{n}{2n - 1} = \frac{1}{2}

El límite es positivo y finito, y \sum\frac{1}{n} diverge, así que esta serie también diverge.

7. La función \frac{1}{x\ln x} es positiva y decreciente para x \ge 2. Con u = \ln x:

\int_2^{\infty}\frac{1}{x\ln x}\,dx = \lim_{b\to\infty}\Big[\ln(\ln x)\Big]_2^{b} = \infty

La integral diverge, así que la serie diverge.

8. Criterio del cociente:

\frac{a_{n+1}}{a_n} = \frac{n + 1}{2^{n+1}}\cdot\frac{2^n}{n} = \frac{n + 1}{2n} \to \frac{1}{2} < 1

Converge. De hecho, su suma es 2.

9. Criterio del cociente:

\frac{a_{n+1}}{a_n} = \frac{(n + 1)!}{10^{n+1}}\cdot\frac{10^n}{n!} = \frac{n + 1}{10} \to \infty

Diverge. Los factoriales crecen más rápido que cualquier exponencial.

10. Criterio de la raíz:

\sqrt[n]{a_n} = \frac{n}{2n + 1} \to \frac{1}{2} < 1

Converge.

11. Los términos \frac{1}{n} son positivos, decrecientes y tienden a 0, así que el criterio de series alternadas dice que converge. Pero \sum\frac{1}{n} diverge, así que la convergencia es condicional. La suma es \ln 2.

12. Los valores absolutos forman \sum\frac{1}{n^2}, una serie p convergente. Así que la serie converge absolutamente.

Errores comunes en estos ejercicios

  • Usar el criterio del término n-ésimo para demostrar convergencia. Que los términos tiendan a 0 no demuestra la convergencia. El ejercicio 7 tiene términos que tienden a 0 y aun así diverge.
  • Comparar en la dirección equivocada. Ser menor que una serie divergente, o mayor que una convergente, no demuestra nada.
  • Usar el criterio del cociente con series p. Para \frac{1}{n^p} el límite del cociente siempre es 1, lo que no da respuesta.
  • Olvidar comprobar la convergencia absoluta. En las series alternadas, la respuesta completa indica si la convergencia es absoluta o condicional.

Sigue practicando

Para practicar con series sin límite y corrección al instante, prueba la lección para elegir un criterio, la lección de los criterios del cociente y de la raíz y el bloque de práctica de series. Para entender el razonamiento detrás de cada criterio, lee la guía de criterios de convergencia. Después usa estos criterios para hallar intervalos en los ejercicios de series de potencias.

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Preguntas frecuentes

¿Qué criterio de convergencia debo usar primero?

Prueba primero el criterio del término n-ésimo, porque puede resolver el ejercicio en una línea. Después mira la forma: r^n es geométrica, \frac{1}{n^p} es una serie p, los factoriales sugieren el criterio del cociente, (\dots)^n sugiere el criterio de la raíz y las funciones racionales sugieren una comparación.

Si los términos tienden a cero, ¿la serie converge?

No necesariamente. La serie armónica \sum\frac{1}{n} tiene términos que tienden a 0 pero diverge. Que los términos tiendan a 0 es necesario para la convergencia, pero no es suficiente.

¿Qué diferencia hay entre convergencia absoluta y condicional?

Una serie converge absolutamente si \sum|a_n| converge. Converge condicionalmente si \sum a_n converge pero \sum|a_n| no. La serie armónica alternada del ejercicio 11 es el ejemplo clásico.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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