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Reglas de series

Criterio del cociente (D'Alembert) para series: fórmula y ejemplos

El criterio del cociente: calcula L = lim |a(n+1)/a(n)|. Si L < 1 la serie converge absolutamente, si L > 1 diverge, y si L = 1 no es concluyente.

Reglas de series Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

L = \lim_{n\to\infty} \left\lvert \frac{a_{n+1}}{a_n} \right\rvert
L < 1
La serie converge absolutamente
L > 1 o L = ∞
La serie diverge
L = 1
No concluyente: usa otro criterio
Ideal para
Factoriales, exponenciales como 3^n y productos de estos con potencias de n
Poco útil con
Funciones racionales de n y series p, que siempre dan L = 1
En esta página
  1. El criterio del cociente
  2. Por qué funciona
  3. Cómo aplicarlo
  4. Ejemplos resueltos
  5. Radio de convergencia
  6. Criterio del cociente y criterio de la raíz
  7. Errores comunes

El criterio del cociente decide si una serie converge fijándose en lo rápido que disminuyen sus términos. Si a partir de cierto momento cada término es una fracción fija del anterior, la serie se comporta como una serie geométrica convergente.

El criterio del cociente

Sea \sum a_n una serie con términos distintos de cero (al menos para n grande), y sea

L = \lim_{n\to\infty} \left\lvert \frac{a_{n+1}}{a_n} \right\rvert
Valor de L Conclusión
L < 1 \sum a_n converge absolutamente
L > 1 o L = \infty \sum a_n diverge
L = 1 No concluyente

Si el límite no existe y no es \infty, el criterio tal como está enunciado no se aplica.

Por qué funciona

Si L < 1, elige un número r con L < r < 1. Para n grande, cada \lvert a_{n+1}\rvert es como mucho r\lvert a_n\rvert, así que la cola de \sum \lvert a_n\rvert está acotada por una serie geométrica de razón r, que converge. Si L > 1, los términos acaban creciendo en tamaño, así que no pueden tender a 0, y el criterio del término n-ésimo da la divergencia.

Cómo aplicarlo

  1. Escribe a_{n+1} sustituyendo cada n de a_n por n + 1.
  2. Forma \frac{a_{n+1}}{a_n} y simplifica. Invierte la fracción de abajo y multiplica.
  3. Usa \frac{(n+1)!}{n!} = n + 1 y \frac{c^{n+1}}{c^n} = c para simplificar.
  4. Calcula el límite del valor absoluto y compáralo con 1.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: una potencia por una exponencial. Para \sum \frac{n}{2^n}:

\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}

Como L = \frac{1}{2} < 1, la serie converge.

Ejemplo 2: un factorial. Para \sum \frac{3^n}{n!}:

\frac{a_{n+1}}{a_n} = \frac{3^{n+1}}{(n+1)!}\cdot\frac{n!}{3^n} = \frac{3}{n+1} \to 0

L = 0 < 1, así que converge. (Su suma es e^3 - 1 si empieza en n = 1.)

Ejemplo 3: divergencia. Para \sum \frac{n!}{10^n}:

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

La serie diverge. El factorial acaba superando a cualquier exponencial.

Ejemplo 4: signos alternados. Para \sum \frac{(-2)^n}{n^2}, el valor absoluto elimina el signo:

\left\lvert \frac{a_{n+1}}{a_n} \right\rvert = 2\cdot\frac{n^2}{(n+1)^2} \to 2

L = 2 > 1, así que la serie diverge.

Ejemplo 5: no concluyente. Para \sum \frac{1}{n^2}, \frac{n^2}{(n+1)^2} \to 1. El criterio del cociente no da respuesta, aunque la serie converge por ser una serie p con p = 2.

Radio de convergencia

El criterio del cociente es la herramienta principal para las series de potencias. Para \sum \frac{x^n}{n}:

\left\lvert \frac{x^{n+1}}{n+1}\cdot\frac{n}{x^n} \right\rvert = \lvert x\rvert\,\frac{n}{n+1} \to \lvert x\rvert

La serie converge cuando \lvert x\rvert < 1, así que el radio de convergencia es 1. Los extremos x = \pm 1 dan L = 1 y hay que estudiarlos por separado.

Criterio del cociente y criterio de la raíz

El criterio de la raíz usa L = \lim \sqrt[n]{\lvert a_n\rvert} con los mismos tres resultados posibles. Es más cómodo cuando todo el término está elevado a la n, como en \sum \left(\frac{2n}{3n+1}\right)^n, donde \sqrt[n]{a_n} = \frac{2n}{3n+1} \to \frac{2}{3}. El criterio del cociente es más cómodo cuando aparecen factoriales, porque los factoriales no tienen una raíz n-ésima sencilla pero se simplifican muy bien en un cociente. Cuando ambos se aplican, dan el mismo L.

Errores comunes

  1. Usarlo con expresiones racionales o con raíces en n. Cualquier cosa como \frac{n^2+1}{n^4} da L = 1. Usa un criterio de comparación o el de las series p.
  2. Interpretar L = 1 como convergencia o divergencia. Significa que el criterio no sirve.
  3. Invertir el cociente. Es \frac{a_{n+1}}{a_n}, el término siguiente entre el actual. El cociente al revés invierte el significado del resultado.
  4. Equivocarse con el álgebra de factoriales. (2(n+1))! = (2n+2)!, que es (2n+2)(2n+1)\cdot(2n)!, no 2(n+1)!.

Para ver cómo encaja el criterio del cociente con los criterios de la raíz, de comparación y de la integral, lee la guía completa de criterios de convergencia.

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Preguntas frecuentes

¿Qué es el criterio del cociente?

Compara términos consecutivos de una serie. Si L = \lim \left\lvert \frac{a_{n+1}}{a_n} \right\rvert es menor que 1 la serie converge absolutamente, si es mayor que 1 (o infinito) la serie diverge, y si L = 1 el criterio no es concluyente.

¿Qué pasa cuando el criterio del cociente da 1?

No se puede concluir nada. Tanto \sum \frac{1}{n} (divergente) como \sum \frac{1}{n^2} (convergente) dan L = 1, así que necesitas otro criterio, como el de comparación o el de la integral.

¿Cuándo debo usar el criterio del cociente?

Úsalo cuando los términos contengan factoriales, exponenciales como 5^n o n^n. Estas expresiones se simplifican muy bien al dividir un término entre el anterior.

¿El criterio del cociente demuestra convergencia absoluta o condicional?

Cuando L < 1 demuestra convergencia absoluta, que es más fuerte que la convergencia. Nunca puede detectar convergencia condicional, porque las series condicionalmente convergentes dan L = 1.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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