calculus

Serie (somma infinita)

Una serie è la somma di una successione — finita o infinita. Se una serie infinita dà come somma un numero finito è determinato dai criteri di convergenza.

Una serie è la somma dei termini di una successione. La serie finita i=1nai=a1+a2++an\sum_{i=1}^n a_i = a_1 + a_2 + \cdots + a_n è una semplice addizione ordinaria. La serie infinita i=1ai\sum_{i=1}^\infty a_i è il limite delle somme parziali Sn=i=1naiS_n = \sum_{i=1}^n a_i quando nn \to \infty.

Se limnSn\lim_{n\to\infty} S_n esiste ed è finito, la serie converge; in caso contrario diverge. Esempi celebri:

  • La serie geometrica rn\sum r^n converge a 11r\frac{1}{1-r} quando r<1|r| < 1.
  • La serie armonica 1n\sum \frac{1}{n} diverge (lentamente).
  • Problema di Basilea: 1n2=π26\sum \frac{1}{n^2} = \frac{\pi^2}{6}.

La convergenza si decide mediante criteri: del rapporto, della radice, dell’integrale, del confronto, delle serie a segni alterni. Le serie di Taylor approssimano le funzioni con polinomi di grado arbitrariamente alto — il fondamento dell’analisi numerica e delle approssimazioni in fisica.