Método de suma modificado aplicable a algunas series divergentes
En análisis matemático , la suma de Cesàro (también conocida como media de Cesàro [1] [2] o límite de Cesàro [3] ) asigna valores a algunas sumas infinitas que no son necesariamente convergentes en el sentido habitual. La suma de Cesàro se define como el límite, cuando n tiende a infinito, de la secuencia de medias aritméticas de las primeras n sumas parciales de la serie.
Este caso especial de un método de sumabilidad de matrices recibe el nombre del analista italiano Ernesto Cesàro (1859-1906).
El término sumatoria puede ser engañoso, ya que algunas afirmaciones y pruebas sobre la sumatoria de Cesáro pueden implicar la estafa de Eilenberg-Mazur . Por ejemplo, se aplica comúnmente a la serie de Grandi con la conclusión de que la suma de esa serie es 1/2.
Definición
Sea una secuencia , y sea
sea su k- ésima suma parcial .
La sucesión ( a n ) se llama Cesàro sumable , con Cesàro suma A ∈ , si, cuando n tiende a infinito, la media aritmética de sus primeras n sumas parciales s 1 , s 2 , ..., s n tiende a A :
El valor del límite resultante se llama suma de Cesàro de la serie. Si esta serie es convergente, entonces es sumable de Cesàro y su suma de Cesàro es la suma usual.
Ejemplos
Primer ejemplo
Sea a n = (−1) n para n ≥ 0. Es decir, es la secuencia
Sea G la serie
La serie G se conoce como la serie de Grandi .
Sea la secuencia de sumas parciales de G :
Esta sucesión de sumas parciales no converge, por lo que la serie G es divergente. Sin embargo, G es sumable en Cesáreo. Sea la sucesión de medias aritméticas de las primeras n sumas parciales:
Entonces
y por lo tanto, la suma de Cesàro de la serie G es 1/2 .
Segundo ejemplo
Como otro ejemplo, sea n = n para n ≥ 1. Es decir, ¿es la secuencia?
Sea G ahora la serie
Entonces la secuencia de sumas parciales es
Como la sucesión de sumas parciales crece sin límite, la serie G diverge hasta el infinito. La sucesión ( t n ) de medias de sumas parciales de G es
Esta sucesión también diverge hasta el infinito, por lo que G no es sumable según el método de Cesàro. De hecho, para la serie de cualquier sucesión que diverge hasta el infinito (positivo o negativo), el método de Cesàro también conduce a la serie de una sucesión que diverge de la misma manera, y por lo tanto, dicha serie no es sumable según el método de Cesàro.
(C, α )suma
En 1890, Ernesto Cesàro planteó una familia más amplia de métodos de suma que desde entonces se han denominado (C, α ) para números enteros no negativos α . El método (C, 0) es simplemente una suma ordinaria, y (C, 1) es la suma de Cesàro descrita anteriormente.
Los métodos de orden superior se pueden describir de la siguiente manera: dada una serie Σ a n , definir las cantidades
(donde los índices superiores no denotan exponentes) y definen Ealfa
nSer unalfa
npara la serie 1 + 0 + 0 + 0 + ... . Entonces la suma (C, α ) de Σ a n se denota por (C, α )-Σ a n y tiene el valor
si existe (Shawyer y Watson 1994, págs. 16-17). Esta descripción representa una aplicación iterada α veces del método de suma inicial y puede reformularse como
De manera aún más general, para α ∈ \ − , sea Aalfa
nestar implícitamente dado por los coeficientes de la serie
y Ealfa
ncomo se indica más arriba. En particular, Ealfa
nson los coeficientes binomiales de potencia −1 − α . Entonces la suma (C, α ) de Σ a n se define como se indica anteriormente.
Si Σ a n tiene una suma (C, α ) , entonces también tiene una suma (C, β ) para cada β > α , y las sumas concuerdan; además tenemos a n = o ( n α ) si α > −1 (ver notación o pequeña ).
Cesàro sumabilidad de una integral
Sea α ≥ 0. La integral es (C, α ) sumable si
existe y es finito (Titchmarsh 1948, §1.15). El valor de este límite, en caso de existir, es la suma (C, α ) de la integral. Análogamente al caso de la suma de una serie, si α = 0 , el resultado es la convergencia de la integral impropia . En el caso α = 1 , la convergencia (C, 1) es equivalente a la existencia del límite
que es el límite de medias de las integrales parciales.
Como es el caso de las series, si una integral es (C, α ) sumable para algún valor de α ≥ 0 , entonces también es (C, β ) sumable para todo β > α , y el valor del límite resultante es el mismo.
Véase también
Referencias
- ^ Hardy, GH (1992). Serie Divergente . Providence: Sociedad Matemática Estadounidense. ISBN 978-0-8218-2649-2.
- ^ Katznelson, Yitzhak (1976). Introducción al análisis armónico . Nueva York: Dover Publications. ISBN 978-0-486-63331-2.
- ^ Henk C. Tijms (2003). Un primer curso sobre modelos estocásticos. John Wiley & Sons. pág. 439. ISBN 978-0-471-49880-3.
Bibliografía
- Shawyer, Bruce; Watson, Bruce (1994), Métodos de sumabilidad de Borel: teoría y aplicaciones , Oxford University Press, ISBN 0-19-853585-6
- Titchmarsh, EC (1948), Introducción a la teoría de las integrales de Fourier (2.ª ed.), Nueva York, NY: Chelsea Publishing. Reimpreso en 1986 con ISBN 978-0-8284-0324-5 .
- Volkov, II (2001) [1994], "Métodos de suma de Cesàro", Enciclopedia de Matemáticas , EMS Press
- Zygmund, Antoni (1988) [1968], Series trigonométricas (2.ª ed.), Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-35885-9