Ejercicios resueltos de series de potencias con soluciones
12 ejercicios de series de potencias con respuestas: radio e intervalo de convergencia, estudio de los extremos y series construidas a partir de 1/(1 − x).
Sucesiones y series Actualizado 4 min de lectura
De un vistazo
- Ejercicios
- 12, con respuestas y soluciones completas
- Nivel
- Cálculo 2 y AP Calculus BC, unidad 10
- Necesitas
- El criterio del cociente y los demás criterios de convergencia
- Idea principal
- Usa el criterio del cociente para el radio y luego estudia cada extremo por separado
- Practica con números nuevos
- Lección de series de potencias y radio
En esta página
Estos ejercicios de series de potencias cubren el radio y el intervalo de convergencia, el estudio de los extremos y la construcción de series nuevas a partir de la serie geométrica. Intenta cada uno primero. Primero van las respuestas y después las soluciones completas.
Las dos herramientas:
Para ver más ejemplos, lee la guía de series de potencias.
Ejercicios
Radio e intervalo de convergencia
- \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{x^n}{n}
- \displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}\frac{x^n}{n!}
- \displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}n!\,x^n
- \displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(x - 2)^n}{3^n}
- \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{x^n}{n^2}
- \displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(-1)^n x^{2n}}{4^n}
- \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}n(x + 1)^n
- \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(2x - 1)^n}{n}
Construir series
- Halla una serie de potencias para \dfrac{1}{1 - 3x} y su radio.
- Halla una serie de potencias para \dfrac{x}{1 + x^2} y su radio.
- Deriva \frac{1}{1 - x} para obtener una serie de \frac{1}{(1 - x)^2}. Úsala para calcular \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{n}{2^n}.
- Integra una serie de \frac{1}{1 + x} para obtener una serie de \ln(1 + x).
Respuestas
| Ejercicio | Radio | Intervalo o respuesta |
|---|---|---|
| 1 | 1 | [-1, 1) |
| 2 | \infty | (-\infty, \infty) |
| 3 | 0 | Solo x = 0 |
| 4 | 3 | (-1, 5) |
| 5 | 1 | [-1, 1] |
| 6 | 2 | (-2, 2) |
| 7 | 1 | (-2, 0) |
| 8 | \frac{1}{2} | [0, 1) |
| 9 | \frac{1}{3} | \sum 3^n x^n |
| 10 | 1 | \sum(-1)^n x^{2n+1} |
| 11 | 1 | \sum n x^{n-1}; la suma es 2 |
| 12 | 1 | \sum\frac{(-1)^{n+1}x^n}{n} |
Soluciones paso a paso
1. Cociente: \left|\frac{x^{n+1}}{n + 1}\cdot\frac{n}{x^n}\right| = \frac{n}{n + 1}|x| \to |x|. Así que |x| < 1 y R = 1. En x = 1: \sum\frac{1}{n} diverge. En x = -1: \sum\frac{(-1)^n}{n} converge por el criterio de series alternadas. Intervalo [-1, 1).
2. Cociente: \frac{|x|}{n + 1} \to 0 < 1 para todo x. Así que R = \infty. Es la serie de e^x.
3. Cociente: (n + 1)|x| \to \infty para todo x \neq 0. La serie solo converge en su centro.
4. Es geométrica de razón \frac{x - 2}{3}. Converge cuando |x - 2| < 3, es decir, -1 < x < 5. En los dos extremos los términos son (\pm 1)^n, que no tienden a 0, así que ambos divergen.
5. Cociente: \frac{n^2}{(n + 1)^2}|x| \to |x|, así que R = 1. En x = \pm 1, \sum\frac{(\pm 1)^n}{n^2} converge absolutamente, ya que \sum\frac{1}{n^2} converge. Los dos extremos están incluidos.
6. Es geométrica de razón -\frac{x^2}{4}. Converge cuando \frac{x^2}{4} < 1, es decir, |x| < 2. En x = \pm 2 los términos son (-1)^n, que divergen.
7. Cociente: \frac{n + 1}{n}|x + 1| \to |x + 1|, así que la serie converge para |x + 1| < 1, es decir, -2 < x < 0. En los dos extremos los términos n(\pm 1)^n crecen, así que ambos divergen.
8. Cociente: \frac{n}{n + 1}|2x - 1| \to |2x - 1|. Resuelve |2x - 1| < 1: 0 < x < 1, con centro \frac{1}{2} y R = \frac{1}{2}. En x = 1: \sum\frac{1}{n} diverge. En x = 0: \sum\frac{(-1)^n}{n} converge. Intervalo [0, 1).
9. Cambia x por 3x en la serie geométrica:
10. Cambia x por -x^2 y luego multiplica por x:
11. Deriva los dos lados de \frac{1}{1 - x} = \sum x^n:
Multiplica por x: \sum n x^n = \frac{x}{(1 - x)^2}. En x = \frac{1}{2}, esto vale \frac{1/2}{1/4} = 2.
12. \frac{1}{1 + x} = \sum(-1)^n x^n. Integra de 0 a x:
Al desplazar el índice se obtiene la forma de la tabla. El radio sigue siendo 1.
Errores comunes en estos ejercicios
- Saltarse los extremos. Los ejercicios 1, 5 y 8 tienen todos R = 1 o R = \frac{1}{2}, pero un comportamiento distinto en los extremos.
- Olvidar el centro. En el ejercicio 4 el centro es 2, así que el intervalo es 2 \pm 3, no \pm 3.
- Radio equivocado por el 2x. En el ejercicio 8, |2x - 1| < 1 significa |x - \frac{1}{2}| < \frac{1}{2}, así que R = \frac{1}{2}, no 1.
- Dejar x dentro del límite. En el criterio del cociente, |x| es una constante. Calcula el límite en n y luego despeja x.
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Para practicar sin límite con series nuevas y corrección al instante, prueba la lección de series de potencias y radio. Después, aprende a construir la serie de cualquier función con los ejercicios de series de Taylor.
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Series de potencias y radio de convergencia
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