¿Cómo mostrarías que la serie converge o diverge [matemáticas] \ displaystyle \ sum_ {n = 1} ^ {\ infty} \ frac {5 \ sqrt {n}} {n ^ {2} -n + 3} [/ matemáticas]?

Converge.

Para grandes [matemáticas] n [/ matemáticas],

[matemáticas] \ displaystyle \ frac {5 \ sqrt n} {n ^ 2-n + 3} \ approx \ frac {5 \ sqrt n} {n ^ 2} = \ frac {5} {n \ sqrt n} = \ frac {5} {n ^ {1.5}} [/ matemáticas]

Se puede demostrar que

[matemáticas] \ displaystyle \ sum_ {n = 1} ^ {\ infty} \ frac {1} {n ^ {1+ \ varepsilon}} [/ math]

converge siempre que [math] \ varepsilon> 0 [/ math] (serie sobrearmónica), pero diverge para [math] \ varepsilon \ le 0 [/ math] (para [math] \ varepsilon = 0 [/ math], Esta es la serie armónica). Para más detalles, ver Serie armónica (matemáticas) – Wikipedia. Aquí, [math] \ varepsilon = 0.5 [/ math], por lo que la serie original convergerá.

Debido a la aproximación, podría pensar que la serie original debería converger aproximadamente [matemáticas] 5H _ {\ infty, 1.5} = 5 \ zeta (1.5) \ aprox 13.0619 [/ matemáticas], donde [matemáticas] H_ {n, m } [/ math] es el número armónico generalizado y [math] \ zeta (m) [/ math] es la función Riemann Zeta.

Sin embargo, la aproximación no es válida para pequeñas [matemáticas] n [/ matemáticas]. La función original comienza por debajo de [math] 5n ^ {- 1.5} [/ math], y las diferencias se acumulan, por lo que converge bastante menos que [math] \ zeta (1.5) [/ math]. Realmente converge a aproximadamente [math] 9.64076 [/ math], pero no existe una expresión de forma cerrada para ese límite.

Darse cuenta de

[matemáticas] \ displaystyle \ frac {5 \ sqrt {n}} {n ^ 2-n + 3} = \ frac {5} {n ^ {\ frac 32} – \ sqrt {n} + \ frac {3} {\ sqrt {n}}} [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle \ qquad \ qquad \ qquad \ approx \ frac {1} {n ^ {\ frac 32}} [/ math].

(Así es como te recomiendo que siempre pienses en este tipo de problema).

Una vez que veo esto, sé que puedo usar una prueba de comparación de límites, o quizás incluso una prueba de comparación directa. (En la práctica, generalmente soy demasiado vago para determinar si la prueba de comparación estándar se aplica en estos casos; la comparación de límites es mucho más sencilla).