The Chemistry Maths Book, Second Edition

(Grace) #1

194 Chapter 7Sequences and series


limit is not finite or not unique the sequence is divergent. For example, the arithmetic


progression (7.1) is necessarily divergent for all values of d:


The geometric progression (7.3) is interesting because it is convergent for some


values of xand divergent for others. It shows the six possible types of behaviour,


characteristic of many sequences, illustrated in Figure 7.1.


The examples shown are (fora 1 = 11 ):


(a) x 1 > 11 1,2,4,8,=


(b)x 1 = 11 1,1,1,1,=


(c) 0 1 < 1 x 1 < 11


(d)− 11 < 1 x 1 < 10


(e) x 1 = 1 −11,−1, 1,−1,=


(f) x 1 < 1 −11,−2, 4,−8,=


The sequence is convergent only forx 1 = 1 + 1 and|x| 1 < 11 , types (b), (c), and (d).


The behaviour of a sequence in the limit does not necessarily depend on the


behaviour of a finite part of the sequence. An important example is the sequence of


the terms {x


r

2 r!} in the expansion of the exponential function (Section 3.6). This


sequence has limit zero for all values of x; thus, the ratio of consecutive terms is


but the terms increase in magnitude whenr 1 + 111 < 1 |x|, decrease whenr 1 + 111 > 1 |x|. For


example,


e


3

2345

1


3


1


3


2


3


3


3


4


3


5


=++++++=++ + +1 3 45 45


!!!!!


 .. 3 3 375 2 025..++


x


r


x


r


x


r


r


rr+





















=






→→


1

1
1

0


()!!


as ∞∞ for all x


1


1


2


1


4


1


8


,− , ,− ,...


1


1


2


1


4


1


8


,,,,...


lim ( )


r


adr



+−










∞1


........................................................................................................

..

..

...

..

...

...

..

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

...

..

..

...

..

...

...

..

..

...

..

..

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

...........

10


..

.........

.........

......

.....

.....

.....

......

...

...

....

...

...

....

...

...

...

....

...

...

..

...

...

...

..

...

...

..

...

...

...

...

..

...

...

..

..

.


.


.


.


.


u
r

0


(a)


........................................................................................................

..

..

...

..

...

...

..

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

...

..

..

...

..

...

...

..

..

...

..

..

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

...........

10


..............................................................................................................


(b)


........................................................................................................

..

..

...

..

...

...

..

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

...

..

..

...

..

...

...

..

..

...

..

..

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

...........

1


.
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
....
....
....
....
....
....
.....
......
.......
........
...........
..............
.......................

.


.


.


.


.


.


(c)


........................................................................................................

..

..

...

..

...

...

..

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

...

..

..

...

..

...

...

..

..

...

..

..

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

...........

1


.
..
...
...
..
...
..
...
...
..
..
...
...
..
...
..
...
..
...
..
...
...
..
...
..
...
..
...
..
...
...
..
...
..
...
..
....

...

..

...

...

..

...

...

...

..

...

...

...

...

..

...

...

..

....
...
....
...
...
....
...
...
....
.....

......

.....

.....

..............
..........
...

.


.


.


.


.


.


(d)


........................................................................................................

..

..

...

..

...

...

..

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

...

..

..

...

..

...

...

..

..

...

..

..

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

...........

10


....
.....
.....
.....
..........

.....

.....

.....

........
.....
.....
.....
..........

.....

.....

.....

........
.....
.....
.....
.....

.


.


.


.


.


.


(e)


........................................................................................................

..

..

...

..

...

...

..

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

...

..

..

...

..

...

...

..

..

...

..

..

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

.

..

.

...........

10


...
....
....
....
....
...
....
....

..

...

...

...

...

...

...

..

...

...

...

...

...

......
..
...
...
..
...
..
...
...
..
...
...
..
...
..
...
..
...
...
..
...
..
...
...
..
...
..
...
....

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

...

..

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

...

..

..

...

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

...

..

..

.


.


.


.


.


r


(f)


Figure 7.1

Free download pdf