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Aufgabe:

Die Aufgabe ist, zu zeigen, ob  die Reihe ∑((1+\( \frac{1}{2k} \))k - \( \frac{5}{4} \) )k divergiert, absolut konvergiert oder konvergiert.


Problem/Ansatz:

Ich habe das alles auch schon umgeformt mit dem Wurzelkriterium und bin auf

limk→∞  | (((1+\( \frac{1}{m} \))m)\( \frac{1}{2} \) )-\( \frac{5}{4} \)) | gekommen. Nun fällt mir natürlich auf, dass ersteres die eulersche Folge ist und somit gegen   \( \sqrt{e} \) - \( \frac{5}{4} \)  läuft. Jetzt ist aber mein Problem, dass wir in der Vorlesung noch nicht bewiesen haben, dass die eulersche Folge gegen die eulersche Zahl läuft. Wir haben lediglich bewiesen, dass die eulersche Folge konvergiert und das sie gegen den gleichen Grenzwert konvergiert wie

(1+\( \frac{1}{n} \)n+1.

Mir kam bis jetzt noch kein anderer guter Ansatz in den Kopf. Hat vielleicht jemand eine Idee?

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Hallo :-)

Ein möglicher Ansatz wäre, deine Folgenglieder geeignet nach oben abzuschätzen (oder nach unten, falls man Divergenz zeigen möchte...). Zunächst betrachte ich mit dem binomischen Lehrsatz:

$$ \left (1+\frac{1}{2n}\right )^n=\sum\limits_{k=0}^n {n\choose k}\cdot 1^{n-k}\cdot \left (\frac{1}{2n}\right )^k=\sum\limits_{k=0}^n {n\choose k}\cdot \frac{1}{2^k\cdot n^k}=\sum\limits_{k=0}^n \frac{n!}{k!\cdot (n-k)!}\cdot \frac{1}{2^k\cdot n^k}\\=\sum\limits_{k=0}^n \frac{n\cdot (n-1)\cdot ...\cdot (n-k+1)\cdot (n-k)\cdot ...\cdot 1}{k!\cdot (n-k)!}\cdot \frac{1}{2^k\cdot n^k}\\=\sum\limits_{k=0}^n \frac{n\cdot (n-1)\cdot ...\cdot (n-k+1)}{k!}\cdot \frac{1}{2^k\cdot n^k}\\=\sum\limits_{k=0}^n \frac{\overbrace{n\cdot (n-1)\cdot ...\cdot (n-k+1)}^{k \text{  Faktoren}}}{n^k}\cdot \frac{1}{2^k\cdot k!}\\=\sum\limits_{k=0}^n\frac{n}{n}\cdot \frac{n-1}{n}\cdot ...\cdot \frac{n-k+1}{n}\cdot \frac{1}{2^k\cdot k!}\\=\sum\limits_{k=0}^n 1\cdot \underbrace{\left(1-\frac{1}{n}\right)}_{\leq 1}\cdot ...\cdot \underbrace{\left(1-\frac{k-1}{n}\right)}_{\leq 1}\cdot \frac{1}{2^k\cdot k!}\\\leq \sum\limits_{k=0}^n\frac{1}{2^k\cdot k!}\leq \sum\limits_{k=0}^n\frac{1}{2^k}=\frac{1-\left(\frac{1}{2}\right)^{n+1}}{1-\frac{1}{2}}=2\cdot \left (1-\frac{1}{2^{n+1}}\right )\leq 2$$

Man erhält also für alle \(n\in \N_{\geq 1}\) die Abschätzung \(\left (1+\frac{1}{2n}\right )^n\leq 2\).

Weitere Umformungen daraus führen zu:

$$ \left (1+\frac{1}{2n}\right )^n\leq 2\quad \Longrightarrow \quad \left (1+\frac{1}{2n}\right )^n-\frac{5}{4}\leq 2-\frac{5}{4}=\frac{3}{4} \quad \Longrightarrow \quad \left(\left (1+\frac{1}{2n}\right )^n-\frac{5}{4}\right)^n\leq \left(\frac{3}{4}\right)^n$$

Damit kannst du nun deine Reihe mithilfe der geometrischen Reihe nachoben abschätzen:

$$ \sum\limits_{k=1}^\infty \left(\left (1+\frac{1}{2k}\right )^k-\frac{5}{4}\right)^k\leq \sum\limits_{k=1}^\infty \left(\frac{3}{4}\right)^k=3 $$

Nach der majorisierten Konvergenz, ist deine Reihe somit absolut konvergent.

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