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v1 · padrão canônico

Lição 12 — Séries: Convergência

Séries numéricas, somas parciais, convergência e divergência. Série geométrica e telescópica. Condição necessária de convergência (teste do termo geral).

Usado em: Cálculo 2 — Unidade 2 · USP MAT0112 · ITA MA-012

∑n=1∞an=lim⁡N→∞SN,SN=∑n=1Nan\sum_{n=1}^{\infty} a_n = \lim_{N\to\infty} S_N, \quad S_N = \sum_{n=1}^N a_n

A série converge se a sequência das somas parciais SNS_N tem limite finito. Série geométrica: ∑arn=a/(1−r)\sum ar^n = a/(1-r) para ∣r∣<1|r|<1.

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Notação rigorosa, derivação completa, hipóteses

Definições e séries canônicas

Definição de convergência

A série ∑n=1∞an\displaystyle\sum_{n=1}^\infty a_n converge para SS se lim⁡N→∞SN=S\displaystyle\lim_{N\to\infty}S_N = S onde SN=∑n=1NanS_N = \displaystyle\sum_{n=1}^N a_n.

Se o limite não existe ou é ±∞\pm\infty, a série diverge.

Série geométrica

∑n=0∞arn=a1−r,∣r∣<1.Diverge se ∣r∣≥1.\sum_{n=0}^\infty ar^n = \frac{a}{1-r}, \quad |r| < 1. \qquad \text{Diverge se } |r| \geq 1.

Prova: SN=a(1−rN+1)/(1−r)→N→∞a/(1−r)S_N = a(1-r^{N+1})/(1-r) \xrightarrow{N\to\infty} a/(1-r) quando ∣r∣<1|r| < 1.

Série telescópica

Se an=bn−bn+1a_n = b_n - b_{n+1}: ∑n=1∞an=∑n=1∞(bn−bn+1)=b1−lim⁡n→∞bn.\sum_{n=1}^\infty a_n = \sum_{n=1}^\infty(b_n-b_{n+1}) = b_1 - \lim_{n\to\infty}b_n.

Série harmônica

∑n=1∞1n diverge.\sum_{n=1}^\infty\frac{1}{n} \text{ diverge.}

Prova por agrupamento (Oresme): 13+14>12\frac{1}{3}+\frac{1}{4} > \frac{1}{2}; 15+⋯+18>12\frac{1}{5}+\cdots+\frac{1}{8} > \frac{1}{2}; etc.

Teste do termo geral (condição necessária)

Se ∑an\displaystyle\sum a_n converge, então an→0a_n \to 0.

Contrapositivo: se an↛0a_n \not\to 0, a série diverge.

Cuidado: an→0a_n \to 0 é necessário mas não suficiente (série harmônica: 1/n→01/n \to 0 mas diverge).

Propriedades lineares

Se ∑an=A\displaystyle\sum a_n = A e ∑bn=B\displaystyle\sum b_n = B: ∑(can+dbn)=cA+dB.\sum(ca_n + db_n) = cA + dB.

Exemplos resolvidos


Exercícios

Bloco A — Séries geométricas e telescópicas

Bloco B — Soma de séries clássicas

Bloco C — Nível ITA/USP

Para continuar

  • Stewart, J. — Cálculo, vol. 2, §11.2 — Cengage, 8ª ed.
  • Guidorizzi, H.L. — Um Curso de Cálculo, vol. 3, §9.2 — LTC, 5ª ed.
  • Apostol, T.M. — Calculus, vol. 1, §10.14–10.20 — Wiley, 2ª ed.
  • OpenStax — Calculus II, §5.2 — CC-BY (openstax.org)
  • Demidovich, B. — Problemas e Exercícios de Análise Matemática, §5.2 — Mir

Atualizado em 2026-05-28 · Autor(es): Clube da Matemática

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