Q. 55

Question

Prove Theorem 7.31. That is, show that if a function a is continuous, positive, and decreasing, and if the improper integral 1a(x)dx converges, then the nth remainder, Rn, for the series k=1 a(k) is bounded by 0  Rn = k=n+1 a(k) na(x)dx

Step-by-Step Solution

Verified
Answer

The function a:[1, ) is continuous and decreasing.Therefore:a(k) x=k-1ka(x)dx  .....(1)Hence,  k=n+1 a(k) x=na(x)dx  ( Summing (1))  .....(2) From (2),0  Rn = k=n+1 a(k) na(x)dx


1Step 1. Given information is:

1a(x)dx is convergent

2Step 2. Finding R n

The improper integral is convergent. Therefore, the series k=1 ak is convergent by integral test and assume that it converges to sum L.The approximation of L with nth partial sum Sn =  k=1n ak gives theremainder Rn of the series  k=1 ak .The nth remainder is defined by Rn and is given by: Rn = L -  Sn=  k=n+1 akThus, the remainder Rn of the series k=1 ak is Rn =  k=n+1 ak .

3Step 3. Result

Also, the function a:[1, ) is continuous and decreasing.Therefore, following inequality holds:a(k) x=k-1ka(x)dx  .....(1)Hence,  k=n+1 a(k) x=na(x)dx  ( Summing (1))  .....(2) From (2), it is proved that the nth remainder, Rn for the series k=1 ak is bounded by0  Rn = k=n+1 a(k) na(x)dx