calculus

Reihe (unendliche Summe)

Eine Reihe ist die Summe einer Folge — endlich oder unendlich. Ob eine unendliche Reihe sich zu einer endlichen Zahl aufsummiert, wird durch Konvergenzkriterien bestimmt.

Eine Reihe ist die Summe der Glieder einer Folge. Die endliche Reihe ∑i=1nai=a1+a2+⋯+an\sum_{i=1}^n a_i = a_1 + a_2 + \cdots + a_n ist einfach eine gewöhnliche Addition. Die unendliche Reihe ∑i=1∞ai\sum_{i=1}^\infty a_i ist der Grenzwert der Partialsummen Sn=∑i=1naiS_n = \sum_{i=1}^n a_i für n→∞n \to \infty.

Wenn lim⁡n→∞Sn\lim_{n\to\infty} S_n existiert und endlich ist, konvergiert die Reihe; andernfalls divergiert sie. Berühmte Beispiele:

  • Die geometrische Reihe ∑rn\sum r^n konvergiert gegen 11−r\frac{1}{1-r}, wenn ∣r∣<1|r| < 1.
  • Die harmonische Reihe ∑1n\sum \frac{1}{n} divergiert (langsam).
  • Basler Problem: ∑1n2=π26\sum \frac{1}{n^2} = \frac{\pi^2}{6}.

Die Konvergenz wird durch Kriterien entschieden: Quotientenkriterium, Wurzelkriterium, Integralkriterium, Vergleichskriterium, Leibniz-Kriterium für alternierende Reihen. Taylor-Reihen approximieren Funktionen durch Polynome beliebig hohen Grades — die Grundlage der numerischen Analysis und physikalischer Näherungen.

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