Q. 4

Question

Consider the series k=1(-1)k+1ak and k=1(-1)kakwhere (i) {ak} is a sequence of positive number (ii) the sequence {ak} is strictly decreasing (iii) limkak=0

 Find an example of a divergent series of the form 

(a) that satisfies conditions (i) and (iii), but not condition (ii); 

(b) that satisfies conditions (i) and (ii), but not condition (iii). 

Step-by-Step Solution

Verified
Answer

(i) (i)The series k=1(-1)k+1ak satisfying the given condition is k=1(-1)k+12k.(ii), The series k=1(-1)k+1ak satisfying the given condition is k=1(-1)k+1k2k-1.

1Step 1. Given

Consider the series k=1(-1)k+1ak and k=1(-1)kakwhere (i) {ak} is a sequence of positive number (ii) the sequence {ak} is strictly decreasing (iii) limkak=0

2Step 2. Hypothesis of alternating series

It states that if {ak} is a sequence of positive number  with ak+!<ak for every  k1 and limk ak=0then alternating series k=1(-1)k+1ak and k=1(-1)kakboth converge is ak+1<ak


3Part(a) Step 3. Explanation

Consider the seriesk=1(-1)k+1ak=k=1(-1)k+12kThe sequence ak=12k is a positive terms The value  of limkak=limk1k=0But the series k=1(-1)k+1ak=k=1(-1)k+12k is an increasing  series .Thus, the series k=1(-1)k+1ak satisfying the given condition is k=1(-1)k+12k.

4Part(b) Step 4. Explanation

Consider the seriesk=1(-1)k+1ak=k=1(-1)k+1k2k-1The sequence ak=k2k-1 is a positive terms The value  of limkak=limkk2k-1=12Thus, the series k=1(-1)k+1ak satisfying the given condition is k=1(-1)k+1k2k-1.