AP Calculus BC Unidade 10: revisão de sequências e séries infinitas
Revisão da Unidade 10 de AP Calculus BC: testes de convergência, limitantes de erro, séries de Taylor e Maclaurin, raio e intervalo de convergência.
Unidades de AP Calculus Atualizado 5 min de leitura
Visão geral
- Peso na prova AB
- Não cai na prova AB
- Peso na prova BC
- 15–20%
- Ideias centrais
- Testes de convergência, polinômios de Taylor, limitantes de erro, séries de potências
- Só no BC
- A unidade inteira
- Vem depois de
- Unidade 9, funções paramétricas, polares e vetoriais
- Pratique aqui
- Cálculo 2: Sequências e séries
Nesta página
A Unidade 10 de AP Calculus, Sequências e séries infinitas (Infinite Sequences and Series), é a segunda unidade exclusiva do BC e a maior delas. Ela faz uma pergunta surpreendente: é possível somar infinitos números e obter uma resposta finita? Às vezes é. Depois usa essa ideia para escrever funções como e^x e \sin x como polinômios infinitos, que é como as calculadoras de fato as calculam.
| AP Calculus AB | AP Calculus BC | |
|---|---|---|
| Peso na prova | não cai na prova AB | 15–20% (só BC) |
| Tópicos extras | nenhum | a unidade inteira é só do BC |
O que a Unidade 10 cobre
O College Board divide a unidade nestes tópicos. Cada linha leva a uma lição em que você pratica com números novos a cada vez.
| Tópico | O que você aprende | Prática |
|---|---|---|
| Séries convergentes e divergentes | Somas parciais e o que significa convergir | Séries e somas parciais |
| Séries geométricas | \sum ar^n = \frac{a}{1 - r} para \lvert r\rvert < 1 | Séries geométricas |
| Teste do termo geral | Se a_n \not\to 0, a série diverge | Teste do termo geral |
| Teste da integral, série harmônica e séries p | \sum \frac{1}{n^p} converge só quando p > 1 | Teste da integral e séries p |
| Testes de comparação | Comparação direta e comparação no limite | Testes de comparação |
| Teste da série alternada | Termos decrescentes que tendem a 0 | Séries alternadas |
| Teste da razão | Usar \lim \left\lvert\frac{a_{n+1}}{a_n}\right\rvert | Testes da razão e da raiz |
| Convergência absoluta e condicional | Se \sum \lvert a_n\rvert também converge | Escolhendo um teste |
| Limitante de erro da série alternada | O erro é no máximo o primeiro termo omitido | Séries alternadas |
| Polinômios de Taylor | Aproximar uma função perto de um ponto | Polinômios de Taylor |
| Limitante de erro de Lagrange | Limitar o erro de uma aproximação de Taylor | Estimativas com Taylor |
| Raio e intervalo de convergência | O teste da razão mais a análise dos extremos | Séries de potências e raio |
| Séries de Taylor e Maclaurin | Construir as séries de e^x, \sin x, \cos x e \frac{1}{1 - x} | Séries de Maclaurin |
| Representar funções como séries de potências | Substituir, derivar e integrar séries | Séries de Maclaurin |
As ideias principais
Uma série converge quando suas somas parciais se estabilizam. Se S_N = a_1 + a_2 + \dots + a_N se aproxima de um limite finito, a série converge para esse limite. Os termos tenderem a 0 é necessário, mas não basta: a série harmônica \sum \frac{1}{n} tem termos que tendem a 0 e mesmo assim diverge.
Cada teste serve para uma forma. O teste do termo geral só prova divergência. A fórmula da série geométrica dá a soma exata. O teste da razão lida com fatoriais e exponenciais. O teste da série alternada exige termos que decrescem até 0.
Polinômios de Taylor imitam uma função perto de um ponto. O polinômio de Taylor de grau n coincide com f e com suas n primeiras derivadas em x = a. Mais termos dão um ajuste melhor em um intervalo maior.
Séries de potências convergem em um intervalo. Use o teste da razão para encontrar o raio R e depois teste cada extremo separadamente, já que o teste da razão não diz nada ali. Leia mais nos guias de testes de convergência, séries de potências e séries de Taylor, e na página do Teorema de Taylor.
Questões de exemplo
1. Série geométrica. \sum_{n=0}^{\infty} 3\left(\frac{1}{2}\right)^n tem a = 3 e r = \frac{1}{2}, então converge para \frac{3}{1 - 1/2} = 6.
2. Teste da razão. Para \sum_{n=1}^{\infty} \frac{n}{3^n}:
então a série converge.
3. Erro da série alternada. A série harmônica alternada 1 - \frac{1}{2} + \frac{1}{3} - \frac{1}{4} + \dots converge para \ln 2. Os quatro primeiros termos dão \frac{7}{12} \approx 0.583, e o erro é no máximo o termo seguinte, \frac{1}{5}. O erro real é de cerca de 0.110.
4. Intervalo de convergência. Para \sum_{n=1}^{\infty} \frac{x^n}{n}, o teste da razão dá |x| < 1. Em x = 1 é a série harmônica, que diverge. Em x = -1 é a série harmônica alternada, que converge. O intervalo é [-1, 1).
5. Limitante de erro de Lagrange. O polinômio de Maclaurin de grau 2 de e^x dá e^{0.1} \approx 1 + 0.1 + 0.005 = 1.105. Toda derivada de e^x é e^x, que é menor que 3 em [0, 0.1], então
O valor verdadeiro é e^{0.1} \approx 1.105171, então o erro é de cerca de 0.00017.
Como estudar a Unidade 10
- Monte um fluxograma de testes. Decida em que ordem você verifica termo geral, geométrica, série p, alternada, razão e comparação, e depois pratique escolher rápido.
- Sempre teste os extremos. A questão dissertativa de intervalo de convergência dá um ponto para cada extremo, e eles costumam se comportar de forma diferente.
- Decore quatro séries de Maclaurin. e^x, \sin x, \cos x e \frac{1}{1 - x} cobrem a maior parte da prova quando você sabe fazer substituições nelas.
- Escreva o limitante de erro por completo. Mostre o M, o fatorial e a potência, não só um número.
- Resolva listas de exercícios. Experimente os exercícios de testes de convergência, os exercícios de séries de potências e os exercícios de série de Taylor, cada um com resolução completa.
Para o mapa completo do curso, veja o guia de AP Calculus BC, ou compare os dois cursos no guia de AP Calculus AB.
AP e Advanced Placement são marcas registradas do College Board, que não tem relação com o PracticeCalculus e não endossa este guia. Os nomes e pesos das unidades vêm do referencial curricular do College Board; consulte-o para ver eventuais mudanças.
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