Uma sequência é uma lista ordenada de números. Uma série é o que você obtém ao somar termos dessa lista. Neste tópico, PA significa progressão aritmética, PG significa progressão geométrica, PH significa progressão harmônica, e convergência pergunta se os termos ou as somas parciais se aproximam de um valor finito.
Se você precisa da versão curta: PA tem diferença constante, PG tem razão constante, e PH é uma sequência cujos recíprocos formam uma PA. Para séries geométricas infinitas, a soma existe apenas quando .
Sequência vs. série: saiba qual pergunta você está respondendo
Se você escreve a lista
você tem uma sequência. Se você escreve a soma
você tem uma série.
Essa diferença mostra qual ferramenta usar. “Encontre o -ésimo termo” é uma pergunta sobre sequência. “Encontre a soma dos primeiros termos” é uma pergunta sobre série.
PA, PG e PH: como identificar cada padrão
Progressão Aritmética (PA)
Uma PA varia pela mesma quantidade a cada passo. Se o primeiro termo é e a razão é , então
e a soma dos primeiros termos é
ou, de forma equivalente,
Exemplo: é uma PA porque cada termo aumenta em .
Progressão Geométrica (PG)
Uma PG varia pelo mesmo fator a cada passo. Se o primeiro termo é e a razão é , então
e, para ,
Para uma série geométrica infinita, a soma existe apenas quando . Nesse caso,
Exemplo: é uma PG porque cada termo é multiplicado por .
Progressão Harmônica (PH)
Uma PH é definida por meio dos recíprocos. Uma sequência não nula está em PH se
for uma PA.
Então, se
com denominador não nulo, então
Exemplo: é uma PH porque seus recíprocos formam uma PA.
A PH é principalmente uma ideia de classificação na matemática escolar. Ao contrário de PA e PG, ela não vem com uma fórmula introdutória padrão de soma usada na maioria dos problemas básicos.
Convergência: quando um processo infinito tem um limite finito
Uma sequência converge se seus termos se aproximam de um limite fixo.
Por exemplo,
então a sequência converge para .
Uma série converge se suas somas parciais se aproximam de um limite fixo. Se
e os números se aproximam de algum valor finito , então a série infinita converge para .
Esse é o ponto que muitos estudantes deixam passar: uma sequência convergente não produz automaticamente uma série convergente. Os termos tenderem a é necessário para a convergência de uma série, mas essa condição sozinha não basta.
Por exemplo, a sequência harmônica
converge para como sequência de termos, mas a série harmônica
não converge para uma soma finita.
Exemplo resolvido: teste uma PG e some a série infinita
Considere a série geométrica infinita
Ela vem da PG
Aqui o primeiro termo é e a razão é
Como , a série infinita converge. Sua soma é
O passo principal é verificar a condição antes de usar a fórmula. Se , uma série geométrica infinita converge. Se , ela não converge para uma soma finita.
Erros comuns com sequências, séries e convergência
Confundir um termo com uma soma
O termo e a soma não são o mesmo tipo de resposta. Um é um termo de uma lista. O outro é um total.
Usar o teste da diferença em uma PG
Se o padrão é multiplicar por , então ele é geométrico, mesmo que os números estejam aumentando de forma regular. Diferença constante e razão constante são testes diferentes.
Esquecer a condição de convergência para uma PG infinita
A fórmula
funciona apenas quando .
Achar que “os termos vão para zero” é suficiente
Para séries, isso é apenas uma primeira verificação. A série harmônica é o contraexemplo clássico.
Tratar PH como “qualquer coisa com frações”
Uma PH não é apenas uma sequência de frações. Seus recíprocos precisam formar uma PA.
Onde PA, PG, PH e convergência são usadas
A PA modela uma variação aditiva constante, como guardar a mesma quantia todo mês. A PG modela multiplicação repetida, como crescimento composto ou decaimento repetido. A PH aparece na álgebra escolar e em problemas nos quais relações recíprocas são o padrão natural.
A convergência importa sempre que o processo é infinito ou muito longo. Ela aparece em séries infinitas, métodos de aproximação, finanças e tópicos posteriores como séries de potências e cálculo.
Tente um problema parecido
Considere a PG
Encontre a razão, depois decida se a série infinita converge. Depois disso, compare com a PA para ver como o teste de “diferença vs. razão” separa rapidamente os dois padrões.
Se quiser dar o próximo passo, tente criar sua própria versão com um primeiro termo e uma razão diferentes, e verifique a condição de convergência antes de calcular qualquer soma infinita.
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