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Regras de séries

Teste do termo geral (teste da divergência): enunciado e exemplos

Teste do termo geral: se os termos de uma série não tendem a 0, a série diverge. O enunciado, por que ele não prova convergência e exemplos resolvidos.

Regras de séries Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\lim_{n\to\infty} a_n \ne 0 \;\Longrightarrow\; \sum a_n \text{ diverge}
Também chamado de
Teste da divergência, critério do termo geral
Pode provar
Apenas divergência
Não pode provar
Convergência. Se a_n \to 0, o teste é inconclusivo
Exemplo clássico
\sum \frac{1}{n} tem a_n \to 0 e mesmo assim diverge
Quando usar
Primeiro, antes de qualquer outro teste de convergência
Nesta página
  1. O enunciado
  2. Por que funciona
  3. Como ler o resultado
  4. Exemplos resolvidos
  5. Divergência e convergência num relance
  6. Erros comuns
  7. Onde ele se encaixa

O teste do termo geral (ou teste da divergência) é a verificação mais rápida no estudo de séries. Uma série só pode somar um número finito se seus termos encolherem até zero; se isso não acontece, a série diverge.

O enunciado

Para qualquer série \sum a_n:

\lim_{n\to\infty} a_n \ne 0 \quad\text{ou o limite não existe} \quad\Longrightarrow\quad \sum_{n=1}^{\infty} a_n \text{ diverge}

A forma equivalente é uma condição necessária para a convergência:

\sum a_n \text{ converge} \quad\Longrightarrow\quad \lim_{n\to\infty} a_n = 0

A recíproca é falsa. Termos tendendo a zero é condição necessária, não suficiente.

Por que funciona

Seja S_n a n-ésima soma parcial. Então a_n = S_n - S_{n-1}. Se a série converge para S, tanto S_n quanto S_{n-1} tendem a S, logo

a_n = S_n - S_{n-1} \to S - S = 0

Como ler o resultado

Valor de \lim a_n Conclusão
Um número diferente de zero Diverge
\pm\infty Diverge
Não existe Diverge
0 Inconclusivo: use outro teste
Os termos aₙ = n/(2n+1) tendem a 1/2, enquanto 1/n tende a 0
Os termos \frac{n}{2n+1} se estabilizam em \frac{1}{2}, então a série deles diverge. Os termos \frac{1}{n} tendem a 0, mas isso sozinho não faz \sum \frac{1}{n} convergir.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: uma expressão racional. Para \sum \frac{n}{2n+1}:

\lim_{n\to\infty} \frac{n}{2n+1} = \frac{1}{2} \ne 0

A série diverge. Você está somando números próximos de \frac{1}{2} para sempre.

Exemplo 2: termos oscilantes. Para \sum (-1)^n, os termos alternam entre 1 e -1, então \lim a_n não existe. A série diverge.

Exemplo 3: um termo trigonométrico. Para \sum \cos\left(\frac{1}{n}\right), temos \frac{1}{n} \to 0 e \cos 0 = 1, então a_n \to 1. A série diverge.

Exemplo 4: um limite famoso. Para \sum \left(1 + \frac{1}{n}\right)^n, os termos tendem a e \ne 0. A série diverge.

Exemplo 5: inconclusivo. Para \sum \frac{1}{n^2} e \sum \frac{1}{n}, os termos tendem a 0 nos dois casos. O teste não diz nada. Na verdade, \sum \frac{1}{n^2} converge e \sum \frac{1}{n} diverge, o que outros testes (o teste da integral ou o critério da série p) revelam.

Divergência e convergência num relance

Pense no teste como um portão. Toda série convergente passa por ele, porque seus termos precisam encolher até zero. Muitas séries divergentes são barradas no portão, mas algumas, como a série harmônica, passam e só revelam sua divergência com um teste mais forte. Então uma reprovação é uma resposta final, enquanto uma aprovação só significa que o trabalho de verdade ainda está por vir. Essa lógica de mão única é a coisa mais importante a lembrar sobre o teste.

Erros comuns

  1. Concluir convergência a partir de a_n \to 0. Esse é o erro mais comum em séries. A série harmônica é o contraexemplo.
  2. Calcular o limite das somas parciais em vez dos termos. O teste usa a_n, os termos individuais.
  3. Esquecer o caso "não existe". Termos oscilantes como (-1)^n ou \sin n também não tendem a 0.
  4. Pular o teste. Aplicar o teste da razão em \sum \frac{n}{2n+1} dá limite 1 e nenhuma resposta, enquanto o teste do termo geral resolve na hora.

Onde ele se encaixa

Use o teste do termo geral como primeiro passo para toda série. Se os termos tendem a zero, siga em frente: tente a fórmula da série geométrica para razões constantes, o teste da série alternada para sinais alternados e o teste da razão para fatoriais e exponenciais. O guia completo de testes de convergência mostra como escolher entre eles.

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O teste do termo geral

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Perguntas frequentes

O que diz o teste do termo geral?

Se os termos a_n de uma série não tendem a 0, a série \sum a_n diverge. É um teste apenas de divergência.

O teste do termo geral pode mostrar que uma série converge?

Não. Se a_n \to 0, o teste é inconclusivo. A série harmônica \sum \frac{1}{n} tem termos que tendem a 0, mas diverge.

E se o limite de a_n não existir?

Então a série também diverge. Por exemplo, \sum (-1)^n tem termos que alternam entre 1 e -1, então eles não tendem a 0.

Por que o teste do termo geral é verdadeiro?

Se \sum a_n converge para S, então a_n = S_n - S_{n-1} \to S - S = 0. Assim, a convergência obriga os termos a se anularem, e termos que não se anulam descartam a convergência.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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