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Aufgabe:

Ich komme bei einem Schritt nicht weiter, wie zeige ich dass folgende Gleichheit gilt:

∑-(pt)^k / (log(1-p)*k) = log(1 − pt) / log(1 − p) (die reihe läuft von k=1 bis unendlich)

Ich muss den Ausdruck im Zähler umformen, jedoch weiß ich leider nicht weiter und wäre dankbar für jede Hilfe!

Problem/Ansatz:

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Du kannst den Faktor \(\dfrac1{\log(1-p)}\) ausklammern, also vor die Summe ziehen, da dieser nicht von \(k\) abhängt. Der Rest ist die (Logarithmus-)Reihe von \(\log(1-pt)\).

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Aloha :)

$$\sum\limits_{k=1}^\infty-\frac{(pt)^k}{\log(1-p)\cdot k}=-\frac{1}{\log(1-p)}\sum\limits_{k=1}^\infty\frac{(pt)^k}{k}$$

Mit \(x:=pt\) gilt weiter, unter der Voraussetzung, dass \(|pt|=|x|<1\) ist:

$$\sum\limits_{k=1}^\infty\frac{(pt)^k}{k}=\sum\limits_{k=1}^\infty\frac{x^k}{k}=\sum\limits_{k=1}^\infty\int\limits_0^x \tilde x^{k-1}d\tilde x=\int\limits_0^x\left(\sum\limits_{k=1}^\infty \tilde x^{k-1}\right)d\tilde x=\int\limits_0^x\left(\sum\limits_{k=0}^\infty \tilde x^k\right)d\tilde x$$$$=\int\limits_0^x\frac{1}{1-\tilde x}\,d\tilde x=\log(1-x)=\log(1-pt)$$Beachte, dass die Vertauschung von Integration und Summation nur innerhalb des Konvergenzradius der geometrischen Reihe erlaubt ist. Daher konvergiert die Reihe nur für \(|pt|<1\):$$\sum\limits_{k=1}^\infty-\frac{(pt)^k}{\log(1-p)\cdot k}=\frac{\log(1-pt)}{\log(1-p)}\quad\text{für}\quad|pt|<1$$

Avatar von 152 k 🚀

Wieso darf man denn plötzlich das Integral in der Summe bilden?

Es gilt: \(\int\limits_0^x\tilde x^{k-1}d\tilde x=\frac{x^k}{k}\). Mit der Summation hat das also nichts zu tun. Ich habe nur den Bruch durch das Integral ersetzt.

Die Gemeinheit passiert erst danach, wo ich die Reihenfolge von Summation und Integration vertausche. Das geht bei einer unendlichen Summe nur, solange man sicher sein kann, dass diese Summe auch konvergiert. Deswegen habe ich nochmal betont, dass wir uns im Konvergenzradius der geometrischen Reihe befinden müssen, damit diese Rechnung zulässig ist.

Ok, vielen lieben Dank!

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