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Lição 13 — Teste da Integral e Séries-p

Teste da integral para séries com termos positivos decrescentes. Séries-p e convergência. Estimativa de erro via integral residual.

Used in: Cálculo 2 — Unidade 2 · USP MAT0112 · ITA MA-012

n=11np  {convergep>1divergep1Teste: an e 1f teˆm mesmo comportamento\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^p}\;\begin{cases}\text{converge} & p > 1\\ \text{diverge} & p \leq 1\end{cases}\qquad\text{Teste: }\sum a_n\text{ e }\int_1^\infty f\text{ têm mesmo comportamento}

O teste da integral conecta a convergência de séries à de integrais impróprias via a desigualdade N+1fRNNf\int_{N+1}^\infty f \leq R_N \leq \int_N^\infty f para o erro residual.

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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Teste da integral

Enunciado

Seja ff uma função positiva, contínua e decrescente em [1,)[1,\infty) com an=f(n)a_n = f(n).

n=1an converge    1f(x)dx converge.\sum_{n=1}^\infty a_n \text{ converge} \iff \int_1^\infty f(x)\,dx \text{ converge.}

Prova via desigualdade integral: 1N+1f(x)dxSNa1+1Nf(x)dx\int_1^{N+1}f(x)\,dx \leq S_N \leq a_1 + \int_1^N f(x)\,dx

Estimativa de erro (resto)

Se S=n=1anS = \displaystyle\sum_{n=1}^\infty a_n converge, o resto após NN termos satisfaz: RN=SSN:N+1f(x)dxRNNf(x)dx.R_N = S - S_N: \quad \int_{N+1}^\infty f(x)\,dx \leq R_N \leq \int_N^\infty f(x)\,dx.

Série-p

n=11np{convergep>1divergep1\sum_{n=1}^\infty\frac{1}{n^p} \begin{cases} \text{converge} & p > 1 \\ \text{diverge} & p \leq 1 \end{cases}

Prova: 1xpdx\displaystyle\int_1^\infty x^{-p}\,dx converge iff p>1p > 1.

Exemplos:

  • p=2p = 2: 1n2=π26\displaystyle\sum\frac{1}{n^2} = \frac{\pi^2}{6} (converge).
  • p=1p = 1: 1n\displaystyle\sum\frac{1}{n} (diverge).
  • p=1/2p = 1/2: 1n\displaystyle\sum\frac{1}{\sqrt{n}} (diverge).

Exemplos resolvidos


Exercícios

Bloco A — Teste da integral e séries-p

Bloco B — Estimativa de erro

Bloco C — Nível ITA/USP

To continue

  • Stewart, J. — Cálculo, vol. 2, §11.3 — Cengage, 8ª ed.
  • Guidorizzi, H.L. — Um Curso de Cálculo, vol. 3, §9.3 — LTC, 5ª ed.
  • Apostol, T.M. — Calculus, vol. 1, §10.17–10.20 — Wiley, 2ª ed.
  • OpenStaxCalculus II, §5.3 — CC-BY (openstax.org)
  • Demidovich, B. — Problemas e Exercícios de Análise Matemática, §5.3 — Mir

Updated on 2026-05-28 · Author(s): Clube da Matemática

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