Lição 9 — Limites de sequências: formalização ε-N
Definição rigorosa ε-N de convergência de sequências. Sequências monótonas e limitadas. Teorema de Bolzano-Weierstrass. Sequências de Cauchy e completude de ℝ.
Usado em: Cálculo 1 — Unidade 1 · USP MAC0105 · ITA MA-011
Uma sequência converge para se, dado qualquer tolerância , a partir de algum índice todos os termos da sequência ficam dentro do intervalo . O papel de em sequências é análogo ao de em limites no infinito de funções.
Notação rigorosa, derivação completa, hipóteses
Definição rigorosa
Sequências e convergência
Exemplos resolvidos
Exercícios
Lista de exercícios
30 exercícios · 7 com solução desenvolvida (25%)
- Ex. 9.1Aplicação
Analise a convergência da sequência , para . Calcule os primeiros quatro termos e determine se converge.
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Para par, ; para ímpar, . Como os termos alternam entre 0 e 2, a sequência não converge para nenhum valor fixo. - Ex. 9.2Aplicação
Calcule os primeiros quatro termos da sequência e determine se converge.
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Temos . Como , a sequência diverge para . Os primeiros termos são: . - Ex. 9.3AplicaçãoGabarito
Seja e para . Encontre uma fórmula explícita para .
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Expandindo a recorrência: .Ver passo a passo (com o porquê)
- Escreva e aplique telescopicamente.
- .
- Use a fórmula da soma de PA: .
- Ex. 9.4Aplicação
Encontre uma fórmula para o -ésimo termo da progressão aritmética com e .
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Progressão aritmética com primeiro termo e razão . A fórmula geral é . Verifique: , . Correto. - Ex. 9.5Aplicação
Encontre uma fórmula para o -ésimo termo da progressão aritmética com e .
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PA com e razão . Fórmula: . Observe que , que é equivalente à resposta. - Ex. 9.6AplicaçãoGabarito
Encontre uma fórmula para o -ésimo termo da progressão geométrica com e .
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Progressão geométrica com e razão . Fórmula geral: . - Ex. 9.7Aplicação
Encontre uma fórmula para o -ésimo termo da progressão geométrica com e . Converge?
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PG com e razão . Fórmula: . Como , esta sequência converge para 0. - Ex. 9.8Aplicação
Encontre uma fórmula explícita para o -ésimo termo da sequência cujos primeiros termos são . (Dica: some 1 a cada termo.)
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A sequência é Adicionando 1: . Portanto .Ver passo a passo (com o porquê)
- Observe a sequência:
- Adicione 1 a cada termo:
- Portanto , ou seja, .
- Ex. 9.9CompreensãoGabarito
Encontre uma fórmula para o -ésimo termo da sequência . (Dica: pense onde ou assume esses valores.)
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A sequência coincide com : para , ... Mais precisamente, para : . Logo (indexando de ). - Ex. 9.10Aplicação
Encontre uma fórmula para o -ésimo termo da sequência .
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Os denominadores são . Os sinais alternam começando positivo: , logo . Portanto . - Ex. 9.11Aplicação
Seja e para . Encontre uma fórmula explícita e determine se a sequência converge.
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A recorrência com dá . Os termos alternam: A sequência é limitada mas diverge pois não tem limite único. - Ex. 9.12AplicaçãoGabarito
Seja e para . Encontre explicitamente. A sequência converge?
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Com e , tem-se . Como , a sequência diverge. - Ex. 9.13Compreensão
Seja e para . Identifique a fórmula explícita para .
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Com e : , , . Portanto (fatorial). Diverge para . - Ex. 9.14Aplicação
Seja e para . Encontre uma fórmula explícita para e determine se converge.
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Temos , logo . Converge para 0 pois o expoente cresce sem limite. - Ex. 9.15AplicaçãoGabarito
Suponha que e . Calcule .
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Pela álgebra dos limites: . - Ex. 9.16Aplicação
Suponha que e . Calcule .
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Pela álgebra dos limites: . - Ex. 9.17Compreensão
Suponha que e . Calcule .
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Limite do numerador: . Limite do denominador: . Portanto . - Ex. 9.18CompreensãoGabarito
Suponha que e . O limite existe?
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Numerador: . Denominador: . Como o denominador tende a zero e o numerador a 2, o limite não existe (diverge). - Ex. 9.19Aplicação
Calcule .
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Pela Regra de L'Hôpital (ou comparação de crescimento): pois a exponencial cresce mais rápido que qualquer polinômio. Para todo , a partir de algum , , e a estimação fecha. - Ex. 9.20Aplicação
Calcule .
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Divida numerador e denominador por : . - Ex. 9.21AplicaçãoGabarito
Calcule .
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Divida por : . - Ex. 9.22Desafio
Calcule . (Dica: escreva .)
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Escreva . Como (por L'Hôpital ou confronto), segue .Ver passo a passo (com o porquê)
- Reescreva: .
- Calcule (pelo critério da derivada: ).
- Por continuidade da exponencial: .
- Ex. 9.23Compreensão
Para a sequência (), determine se é limitada e se é eventualmente monótona.
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Temos . É limitada pois converge para 0. Para monotonicidade, calcule . Para : , então a sequência é decrescente para . - Ex. 9.24Compreensão
Para a sequência , determine se é limitada e se é monótona.
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Temos . É positiva e , logo limitada. Como é decrescente em e é crescente, a sequência é decrescente. - Ex. 9.25Compreensão
Para a sequência (), determine se é limitada e se é eventualmente monótona.
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Temos para . É limitada pois e para valores iniciais . É decrescente para , pois a função tem máximo em . - Ex. 9.26Desafio
Determine se a sequência tem limite e, em caso afirmativo, encontre-o.
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Defina A sequência satisfaz . É crescente e limitada superiormente por 2. Se , então , logo , portanto .Ver passo a passo (com o porquê)
- Identifique a recorrência: , .
- Prove por indução que para todo .
- Prove que é crescente: .
- Pelo Teorema da Sequência Monótona, existe. Tomando limites: .
- Ex. 9.27Aplicação
Calcule .
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Pelo limite fundamental com : . - Ex. 9.28Aplicação
Calcule .
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Escreva . Com : (pois próximo de 0, logo a razão ). - Ex. 9.29Aplicação
Determine o comportamento da sequência . Converge? (Dica: analise a razão .)
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Temos . Analise a razão: . Logo . - Ex. 9.30Aplicação
Calcule .
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Temos . Como e é contínua e crescente com , segue .
Fontes
- OpenStax Calculus Volume 2 — Strang & Herman · 2016 · CC-BY-NC-SA. Fonte principal dos exercícios (§5.1).