数学 - Python - 解析学 - 級数 - 比による判定法 - 累乗(べき乗、平方)、指数関数、逆数、積、極限、収束

学習環境

解析入門原書第3版 (S.ラング(著)、松坂和夫(翻訳)、片山孝次(翻訳)、岩波書店)の第4部(級数)、第15章(級数)、3(比による判定法)の練習問題16を求めてみる。

$\begin{array}{l} \frac{a_{n + 1}}{a_{n}} \\ = \frac{{(n + 1)}^{5} e^{- {(n + 1)}^{2}}}{n^{5} e^{- n^{2}}} \\ = {(1 + \frac{1}{n})}^{5} \frac{1}{e^{2 n + 1}} \\ \leq \frac{2^{5}}{e^{2 n}} \\ n \geq 3 \\ \frac{a_{n + 1}}{a_{n}} \\ \leq \frac{2^{5}}{e^{6}} \\ < 1 \end{array}$

よって、問題の無限級数は収束する。

コード

Python 3

#!/usr/bin/env python3
from sympy import pprint, symbols, plot, summation, oo, exp, Limit
import matplotlib.pyplot as plt

print('16.')

n = symbols('n', integer=True)
s = summation(n ** 5 * exp(-n ** 2), (n, 1, oo))
l = Limit((n + 1) ** 5 * exp(-(n + 1) ** 2) / (n ** 5 * exp(-n ** 2)), n, oo)

for o in [s, l, l.doit()]:
    pprint(o)
    print()


def f(n):
    return sum([k ** 5 * exp(-k ** 2) for k in range(2, n + 1)])


ns = range(1, 20)
plt.plot(ns, [f(n) for n in ns],
         ns, [(n + 1) ** 5 * exp(-(n + 1) ** 2) / (n ** 5 * exp(-n ** 2))
              for n in ns],
         ns, [2 ** 5 / exp(6) for _ in ns])

plt.legend(['Σ n^5e^(-n^2)', 'a_(n+1) / a_n', 2 ** 5 / exp(6)])
plt.savefig('sample16.png')

入出力結果(Bash、cmd.exe(コマンドプロンプト)、Terminal、Jupyter(IPython))

C:\Users\...>py sample16.py
16.
  ∞          
 ____        
 ╲           
  ╲         2
   ╲   5  -n 
   ╱  n ⋅ℯ   
  ╱          
 ╱           
 ‾‾‾‾        
n = 1        

    ⎛          ⎛ 2⎞          2⎞
    ⎜       5  ⎝n ⎠  -(n + 1) ⎟
    ⎜(n + 1) ⋅ℯ    ⋅ℯ         ⎟
lim ⎜─────────────────────────⎟
n─→∞⎜             5           ⎟
    ⎝            n            ⎠

1


c:\Users\...>

Kamimura's blog

2019年8月8日木曜日

数学 - Python - 解析学 - 級数 - 比による判定法 - 累乗(べき乗、平方)、指数関数、逆数、積、極限、収束

0 コメント:

コメントを投稿