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El término general de nuestra serie es:
$ a_n = \frac{3^n n!}{n^n} $
Primero encontramos \(\frac{a_{n+1}}{a_n}\):
$ a_{n+1} = \frac{3^{n+1} (n+1)!}{(n+1)^{n+1}} $
Entonces el cociente nos queda:
$ \frac{a_{n+1}}{a_n} = \frac{\frac{3^{n+1} (n+1)!}{(n+1)^{n+1}}}{\frac{3^n n!}{n^n}} = \frac{3^{n+1} (n+1)! \cdot n^n}{3^n n! \cdot (n+1)^{n+1}} $
Empezamos a reacomodar la situación, vamos simplificando y nos queda:
$ \frac{3 \cdot 3^n (n+1) \cdot n^n}{3^n \cdot (n+1) \cdot (n+1)^n} = \frac{3 \cdot n^n}{(n+1)^n} $
Ahora podemos reescribir \(\frac{n^n}{(n+1)^n}\) como $\left( \frac{n}{n+1} \right)^n $
Entonces, tenemos:
$ \frac{a_{n+1}}{a_n} = 3 \left( \frac{n}{n+1} \right)^n $
Tomamos el límite cuando \(n \to \infty\):
$ \lim_{n \to \infty} 3 \left( \frac{n}{n+1} \right)^n $
Estamos frente a una indeterminación de tipo \(1\) elevado a \(\infty\). Si la salvamos como hacíamos en sucesiones, deberías llegar a:
$ \lim_{n \to \infty} \left( \frac{n}{n+1} \right)^n = e^{-1} $
Entonces, el límite es:
$ \lim_{n \to \infty} 3 \left( \frac{n}{n+1} \right)^n = 3 \cdot e^{-1} = \frac{3}{e} $
Como el resultado del límite es \(> 1\), entonces D'Alembert nos asegura que nuestra serie diverge.
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6.
Use el criterio de la raíz o del cociente, según convenga, para determinar la convergencia o divergencia de las siguientes series:
d) $\sum_{n=1}^{\infty} \frac{3^{n} n!}{n^{n}}$
d) $\sum_{n=1}^{\infty} \frac{3^{n} n!}{n^{n}}$
Respuesta
Vamos a estudiar si esta serie converge o no usando el Criterio de D'Alembert :)