सीमा तुलना परीक्षण

गणित में, सीमा तुलना परीक्षण (एलसीटी) (संबंधित प्रत्यक्ष तुलना परीक्षण के विपरीत) एक अनंत श्रृंखला के अभिसरण के परीक्षण की एक विधि है।

कथन

मान लीजिए कि हमारे पास सभी $n$ के लिए $a_{n}\geq 0,b_{n}>0$ के साथ दो श्रृंखलाएँ $\Sigma _{n}a_{n}$ और $\Sigma _{n}b_{n}$ हैं। फिर यदि $\lim _{n\to \infty }{\frac {a_{n}}{b_{n}}}=c$ $0<c<\infty$ के साथ हैं, तब या तो दोनों श्रृंखलाएं अभिसरण करती हैं या दोनों श्रृंखलाएं अलग हो जाती हैं।

प्रमाण

क्योंकि $\lim _{n\to \infty }{\frac {a_{n}}{b_{n}}}=c$ हम यह हर किसी के लिए जानते हैं $\varepsilon >0$ एक धनात्मक पूर्णांक है $n_{0}$ ऐसा कि सभी के लिए $n\geq n_{0}$ हमारे पास वह है $\left|{\frac {a_{n}}{b_{n}}}-c\right|<\varepsilon$, या समकक्ष

$-\varepsilon <{\frac {a_{n}}{b_{n}}}-c<\varepsilon$

$c-\varepsilon <{\frac {a_{n}}{b_{n}}}<c+\varepsilon$

$(c-\varepsilon )b_{n}<a_{n}<(c+\varepsilon )b_{n}$

जैसा $c>0$ हम चुन सकते हैं $\varepsilon$ इतना छोटा होना कि $c-\varepsilon$ सकारात्मक है। इसलिए $b_{n}<{\frac {1}{c-\varepsilon }}a_{n}$ और प्रत्यक्ष तुलना परीक्षण द्वारा, यदि $\sum _{n}a_{n}$ अभिसरण होता है तो वैसा ही होता है $\sum _{n}b_{n}$.

उसी प्रकार $a_{n}<(c+\varepsilon )b_{n}$, तो यदि $\sum _{n}a_{n}$ प्रत्यक्ष तुलना परीक्षण द्वारा फिर से विचलन होता है, इसलिए ऐसा होता है $\sum _{n}b_{n}$.

अर्थात्, दोनों श्रृंखलाएँ अभिसरण करती हैं या दोनों श्रृंखलाएँ भिन्न होती हैं।

उदाहरण

हम यह निर्धारित करना चाहते हैं कि श्रृंखला $\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}+2n}}$ जुटता है. इसके लिए हम इसकी तुलना अभिसारी श्रृंखला से करते हैं $\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}}}={\frac {\pi ^{2}}{6}}$ जैसा $\lim _{n\to \infty }{\frac {1}{n^{2}+2n}}{\frac {n^{2}}{1}}=1>0$ हमारे पास यह है कि मूल श्रृंखला भी अभिसरण करती है।

एकतरफ़ा संस्करण

सीमा श्रेष्ठ का उपयोग करके कोई एक तरफा तुलना परीक्षण बता सकता है। होने देना $a_{n},b_{n}\geq 0$ सभी के लिए $n$. तो अगर $\limsup _{n\to \infty }{\frac {a_{n}}{b_{n}}}=c$ साथ $0\leq c<\infty$ और $\Sigma _{n}b_{n}$ अभिसरण, आवश्यक रूप से $\Sigma _{n}a_{n}$ जुटता है.

उदाहरण

होने देना $a_{n}={\frac {1-(-1)^{n}}{n^{2}}}$ और $b_{n}={\frac {1}{n^{2}}}$ सभी प्राकृतिक संख्याओं के लिए $n$. अब

$\lim _{n\to \infty }{\frac {a_{n}}{b_{n}}}=\lim _{n\to \infty }(1-(-1)^{n})$ अस्तित्व में नहीं है, इसलिए हम मानक तुलना परीक्षण लागू नहीं कर सकते। हालाँकि,
$\limsup _{n\to \infty }{\frac {a_{n}}{b_{n}}}=\limsup _{n\to \infty }(1-(-1)^{n})=2\in [0,\infty )$ और तबसे $\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}}}$ अभिसरण, एक तरफा तुलना परीक्षण का तात्पर्य है $\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1-(-1)^{n}}{n^{2}}}$ जुटता है.

एकतरफ़ा तुलना परीक्षण का व्युत्क्रम

होने देना $a_{n},b_{n}\geq 0$ सभी के लिए $n$. अगर $\Sigma _{n}a_{n}$ विचलन और $\Sigma _{n}b_{n}$ अभिसरण, तो जरूरी है

$\limsup _{n\to \infty }{\frac {a_{n}}{b_{n}}}=\infty$, वह है,
$\liminf _{n\to \infty }{\frac {b_{n}}{a_{n}}}=0$. यहां आवश्यक सामग्री कुछ अर्थों में संख्याएं हैं $a_{n}$ संख्याओं से बड़े हैं $b_{n}$.

उदाहरण

होने देना $f(z)=\sum _{n=0}^{\infty }a_{n}z^{n}$ यूनिट डिस्क में विश्लेषणात्मक बनें $D=\{z\in \mathbb {C} :|z|<1\}$ और परिमित क्षेत्र की छवि है। पार्सेवल के सूत्र द्वारा छवि का क्षेत्रफल $f$ के लिए आनुपातिक है $\sum _{n=1}^{\infty }n|a_{n}|^{2}$. इसके अतिरिक्त,

$\sum _{n=1}^{\infty }1/n$ विचलन इसलिए, तुलना परीक्षण के विपरीत से, हमारे पास है

$\liminf _{n\to \infty }{\frac {n|a_{n}|^{2}}{1/n}}=\liminf _{n\to \infty }(n|a_{n}|)^{2}=0$, वह है, $\liminf _{n\to \infty }n|a_{n}|=0$.

यह भी देखें

• अभिसरण परीक्षण
• प्रत्यक्ष तुलना परीक्षण

अग्रिम पठन

• Rinaldo B. Schinazi: From Calculus to Analysis. Springer, 2011, ISBN 9780817682897, pp. 50
• Michele Longo and Vincenzo Valori: The Comparison Test: Not Just for Nonnegative Series. Mathematics Magazine, Vol. 79, No. 3 (Jun., 2006), pp. 205–210 (JSTOR)
• J. Marshall Ash: The Limit Comparison Test Needs Positivity. Mathematics Magazine, Vol. 85, No. 5 (December 2012), pp. 374–375 (JSTOR)

बाहरी संबंध

• Pauls Online Notes on Comparison Test