In matematica, il criterio di condensazione di Cauchy è un criterio di convergenza per serie, che prende il nome da Augustin-Louis Cauchy. Afferma che, per una successione non negativa e non crescente
, la serie
![{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }a_{n}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fbf33b91e1eb05d0530e73e355823f3c07821381)
converge se e solo se converge la somma
![{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }2^{n}a_{2^{n}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/622c1609f3966e7328e6837dc09ac810ba07fc5f)
ovvero queste due serie hanno lo stesso carattere. Se entrambe convergono, inoltre, vale la disuguaglianza
![{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }a_{n}\leq \sum _{n=0}^{\infty }2^{n}a_{2^{n}}\leq 2\sum _{n=1}^{\infty }a_{n}.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/caa133aed10712264c7fd74dc6d21ff806a0e832)
Dimostrazione
Sia
una successione non negativa e non crescente di numeri reali. La dimostrazione si basa sul raccogliere i termini della serie in gruppi di lunghezza
, stimando poi ogni gruppo in modo da passare da una serie all'altra. Se la serie "condensata" converge, allora
e quindi converge anche la serie iniziale; è stato sfruttato in maniera essenziale il fatto che la successione è non crescente, e quindi, ogni volta che
, si ha
oppure
. In maniera simile, possiamo stimare la serie "condensata" come
![{\displaystyle {\begin{aligned}\sum _{n=0}^{\infty }2^{n}a_{2^{n}}&=\underbrace {a_{1}+a_{2}} _{\leq a_{1}+a_{1}}+\underbrace {a_{2}+a_{4}+a_{4}+a_{4}} _{\leq a_{2}+a_{2}+a_{3}+a_{3}}+\cdots +\underbrace {a_{2^{n}}+a_{2^{n+1}}+\cdots +a_{2^{n+1}}} _{\leq a_{2^{n}}+a_{2^{n}}+a_{(2^{n}+1)}+a_{(2^{n}+1)}+\cdots +a_{(2^{n+1}-1)}}+\cdots \\&\leq a_{1}+a_{1}+a_{2}+a_{2}+a_{3}+a_{3}+\cdots +a_{n}+a_{n}+\cdots =2\sum _{n=1}^{\infty }a_{n}.\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bfc98b50bdb8bdad828589dbccf875ae675faa90)
e quindi se la serie iniziale converge, allora converge anche la serie "condensata". Attraverso la dimostrazione abbiamo ottenuto anche la stima
.
Generalizzazione
Una generalizzazione di questo criterio è stata trovata da Schlömilch: sia
una successione non crescente e positiva, e sia
una successione strettamente crescente di interi positivi tale che
![{\displaystyle \exists K\in \mathbb {R} :|{\frac {u_{n+1}-u_{n}}{u_{n}-u_{n-1}}}|\leq K,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/89f08baccade6992ae537d97b6d40c5177ed225c)
ossia sia limitata. Allora la serie
converge se e solo se converge
![{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }{\Delta u_{n}}a_{u_{n}}=\sum _{n=0}^{\infty }(u_{n+1}-u_{n})a_{u_{n}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0cbbc0f23439b047ba793b729a2ca6c7dace9184)
Se prendiamo
, si ha
, riottenendo così il criterio di condensazione di Cauchy come caso particolare.
In generale notiamo che se prendiamo
, con
, allora
soddisfa le condizioni di cui sopra e si ha che
converge se e solo se converge la serie
Uso
Il criterio è specialmente utile nel caso di serie in cui sono presenti dei logaritmi, che vengono "trasformati" attraverso la condensazione in serie armoniche generalizzate, che sono più semplici da trattare. Ad esempio, nel caso della serie
![{\displaystyle \sum _{n=2}^{\infty }{\frac {1}{n(\ln n)^{a}(\ln \ln n)^{b}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1b4a1e2d1f1435b321064141c71b12c1872de130)
una prima applicazione del criterio fornisce la serie
![{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {2^{n}}{2^{n}(\ln e^{n\ln 2})^{a}(\ln \ln e^{n\ln 2})^{b}}}=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{a}(\ln 2)^{a}(\ln n+\ln \ln 2)^{b}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f12990eab22560c100a62c2344c935ffe0dd7e2f)
che converge per
e diverge per
; nel caso limite
un'ulteriore applicazione del criterio fornisce (a meno di una costante)
![{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{b}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0bad1c40e010bf0dd15c5acfa454cccd0e6b5455)
che converge per
e diverge negli altri casi.
Bibliografia
- Khoury Bonar (2006). Real Infinite Series. Mathematical Association of America. ISBN 0-88385-745-6.
Collegamenti esterni
- (EN) Dimostrazione del criterio, su pirate.shu.edu. URL consultato il 21 novembre 2009 (archiviato dall'url originale il 25 luglio 2009).
Portale Matematica: accedi alle voci di Wikipedia che trattano di matematica