Serie matemática

En matemáticas, una serie es la generalización de la suma a los términos de una sucesión. Informalmente, es el resultado de sumar los términos: a₁ + a₂ + a₃ + · ·  lo cual suele escribirse en forma más compacta con el símbolo de sumatorio: $\sum a_n$.

El estudio de las series consiste en la evaluación de la suma de un número finito n de términos sucesivos, y mediante un pasaje al límite identificar el comportamiento de la serie a medida que n crece indefinidamente.

Una secuencia o cadena «finita», tiene un primer y último término bien definidos; en cambio en una serie infinita, los términos de la serie suelen obtenerse a partir de una determinada regla o fórmula, o por algún algoritmo. Al tener infinitos términos, esta noción suele expresarse como serie infinita, pero a diferencia de las sumas finitas, las series infinitas requieren de herramientas del análisis matemático para ser debidamente comprendidas y manipuladas. Existe una gran cantidad de métodos para determinar la naturaleza de convergencia o no-convergencia de las series matemáticas, sin realizar explícitamente los cálculos.

Propiedades básicas

Sumas parciales

La sucesión de sumas parciales {S_k} asociada a una sucesión {a_n} está definida para cada k como la suma de la sucesión {a_n} desde a₀ hasta a_k

$S_k = \sum_{n=0}^{k}a_n = a_0 + a_1 + \cdots + a_k$.

Ejemplos

• Una serie geométrica es una serie en la cual cada término se obtiene multiplicando el anterior por una constante, llamada razón. Ejemplo (con constante 1/2):

$1 + {1 \over 2} + {1 \over 4} + {1 \over 8} + {1 \over 16} + \cdots=\sum_{n=0}^{\infty}{1 \over 2^{n}}.$

En general, una serie geométrica, de razón z, es convergente, sólo si |z| < 1, a:

$\sum_{n=0}^{\infty} az^n = {a \over 1 - z}$

• La serie armónica es la serie

$1 + {1 \over 2} + {1 \over 3} + {1 \over 4} + {1 \over 5} + \cdots =\sum_{n=1}^\infty {1 \over n}.$

La serie armónica es divergente.

• Una serie alternada es una serie donde los términos alternan el signo. Ejemplo:

$1 - {1 \over 2} + {1 \over 3} - {1 \over 4} + {1 \over 5} - \cdots =\sum_{n=1}^\infty (-1)^{n+1} {1 \over n}.$

• Una serie telescópica es la suma $\textstyle \sum a_n$, donde a_n = b_n − b_n+1. Se representa de la siguiente manera:

$\sum_{n=0}^N ( b_{n}-b_{n+1} )$

La convergencia de dicha serie y su suma se pueden calcular fácilmente, ya que:

$S_N=(b_0-b_1)+(b_1-b_2) + \cdots + (b_{N-1} - b_{N}) +(b_N - b_{N+1}) = b_0 - b_{N+1}$

• Una serie hipergeométrica^[1] es una serie de la forma $\sum_{n=0}^{\infty} a_n\,$, que cumple que ${a_{n+1}\over a_n}\,$ = ${\alpha n + \beta}\over {\alpha n + \gamma}\,$.

• Artículo principal: Fórmula de Faulhaber

$\sum_{i=1}^{r} i={r(r+1)\over 2}.$

$\sum_{i=1}^{r} i^2={r(r+1)(2r+1)\over 6}.$

$\sum_{i=1}^{r} \sum_{j=1}^{i} j=\sum_{i=1}^{r}{i(i+1)\over 2}= {1 \over 2}\sum_{i=1}^{r}(i^2 + i)={1 \over 2}\sum_{i=1}^{r} i^2 + {1 \over 2}\sum_{i=1}^{r} i.$

Convergencia de series

Véanse también: Serie convergente y Serie divergente

Una serie  ∑a_n  se dice que es convergente (o que converge) si la sucesión S_N de sumas parciales tiene un límite finito. Si el límite de S_N es infinito o no existe, se dice que la serie diverge. Cuando este límite existe, se le llama suma de la serie.

$\sum_{n=0}^\infty a_n = \lim_{N\to\infty} S_N = \lim_{N\to\infty} \sum_{n=0}^N a_n.$

Si todos los a_n son cero para n suficientemente grande, la serie se puede identificar con una suma finita. El estudio de la convergencia de series, se centra en las propiedades de las series infinitas que incluyen infinitos términos no nulos. Por ejemplo, el número periódico

$x = 0.111\dots \,$

tiene como representación decimal, la serie

$\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{10^n}$.

Dado que estas series siempre convergen en los números reales (por la propiedad de completición de los números reales), no hay diferencia entre este tipo de series y los números decimales que representan. Por ejemplo, 0.111… y ¹/₉; o bien 1=0,9999...

Véase también

• Serie de Taylor
• Serie de Laurent
• 1 - 2 + 3 - 4 + . . .
• Fórmula de Faulhaber
• Serie convergente
• Límite de una sucesión
• Anexo:Series matemáticas

Rererencias

• Hazewinkel, Michiel, ed. (2001), «Series» (en inglés), Encyclopaedia of Mathematics, Springer, ISBN 978-1556080104 
• Weisstein, Eric W. «Series» (en inglés). MathWorld. Wolfram Research.
• A history of the calculus

Enlaces externos

1. ↑ http://www.dma.fi.upm.es/gies/informates/Calculo/calculo_6_2_2.pdf