¿Cómo puedo resolver [matemáticas] \ sum_i x ^ i / i [/ matemáticas]

Interpretaré su pregunta como “¿cuál es la suma de la serie [matemáticas] \ displaystyle f (x) = \ sum_ {n = 1} ^ \ infty \ frac1nx ^ n [/ matemáticas] y cuál es su intervalo de convergencia ? ”

Es una serie de potencia, por lo que su radio de convergencia [matemática] r [/ matemática] es el límite del valor absoluto de la relación de un coeficiente [matemático] \ dfrac1n [/ matemático] al siguiente coeficiente [matemático] \ dfrac1 {n + 1} [/ math] (si ese límite existe). Ese límite es [matemática] r = 1 [/ matemática]. Entonces, la serie converge absolutamente en el intervalo [matemáticas] (- 1,1) [/ matemáticas]. Puede verificar que converja condicionalmente en [math] x = -1 [/ math]. Por lo tanto, su intervalo de convergencia es [matemática] [- 1,1) [/ matemática].

Para encontrar a qué función [matemática] f [/ matemática] suma, puede tomar su derivada.

[matemáticas] \ displaystyle f ‘(x) = \ sum_ {n = 1} ^ \ infty x ^ {n-1} [/ matemáticas]

Esa es una serie geométrica con el primer término [matemática] 1 [/ matemática] y la relación [matemática] x [/ matemática], entonces [matemática] f ‘(x) = \ dfrac1 {1-x} [/ matemática]. Como esa es la derivada de [math] f [/ math], por lo tanto, [math] f [/ math] es la integral de [math] \ dfrac1 {1-x} [/ math].

[matemática] \ displaystyle f (x) = \ int_0 ^ x \ dfrac1 {1-t} \, dt [/ math] [math] = – \ log (1-t) \ bigg | _0 ^ x [/ math] [matemáticas] = – \ log (1-x) [/ matemáticas].

[matemáticas] \ displaystyle S = x + \ frac {x ^ 2} {2} + [/ matemáticas] [matemáticas] \ frac {x ^ 3} {3} \ puntos [/ matemáticas]

[matemáticas] \ displaystyle \ frac {d} {dx} S = 1 + x + x ^ 2 \ puntos [/ matemáticas]

[matemática] \ displaystyle \ frac {d} {dx} S = \ frac {1} {1-x} [/ math] por la fórmula para una serie geométrica.

[matemáticas] \ displaystyle S = \ int \ frac {1} {1-x} dx [/ matemáticas]

[matemáticas] \ displaystyle [/ matemáticas] [matemáticas] S = -ln (1-x) + C [/ matemáticas]

Sabemos que [math] \ displaystyle x = 0 \ Rightarrow S = 0 [/ math]. Resolviendo, encontramos [math] \ displaystyle C = 0 [/ math], por lo tanto [math] \ displaystyle [/ math] [math] S = -ln (1-x) [/ math].

Nota: tuve que reescribir esta pregunta para desambiguar. Denote la suma como f (x). Entonces [math] f ‘(x) = \ sum_ {i = 1} ^ {\ infty} x ^ {i-1} = \ frac {1} {1-x}, | x | <1 [/ math]

Luego integramos:

[matemáticas] \ int (\ frac {1} {1-x}) dx = -ln (1-x) [/ matemáticas]

Al usar la serie Maclaurin para log (1-x), se puede ver que esto es solo lo negativo de esa expansión. Entonces esta suma debe ser -log (1-x) .

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