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निम्न कथनों में से कौन सा/से सत्य है/हैं ? I. श्रेणी 1/1^p - 1/2^p + 1/3^p - 1/4^p + .... (p>0) के लिए अभिसारी है। II. श्रेणी 1 - 1/2 + 1/3 - 1/4 + .... अभिसारी है । III. श्रेणी 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + .... अपसारी है । 89. श्रेणी Σ (x)/(n(n+1)) किस अन्तराल में एकसमान अभिसारी नहीं है ?

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प्रश्न 88:
हमें यह निर्धारित करना है कि दिए गए कथनों में से कौन सा/से सत्य है/हैं।

कथन I: श्रेणी 11p−12p+13p−14p+…\frac{1}{1^p} - \frac{1}{2^p} + \frac{1}{3^p} - \frac{1}{4^p} + \dots (p>0p > 0) के लिए अभिसारी है।
यह एक वैकल्पिक श्रेणी है ∑n=1∞(−1)n+11np\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n+1} \frac{1}{n^p}। वैकल्पिक श्रेणी परीक्षण (Alternating Series Test) के अनुसार, यदि an=1npa_n = \frac{1}{n^p} धनात्मक, घटता हुआ और lim⁡n→∞an=0\lim_{n \to \infty} a_n = 0 है, तो श्रेणी अभिसारी होती है।
चूंकि p>0p > 0, an=1npa_n = \frac{1}{n^p} धनात्मक और घटता हुआ है, और lim⁡n→∞1np=0\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n^p} = 0 है।
अतः, यह कथन सत्य है।

कथन II: श्रेणी 1−12+13−14+…1 - \frac{1}{2} + \frac{1}{3} - \frac{1}{4} + \dots अभिसारी है।
यह वैकल्पिक हार्मोनिक श्रेणी है, जो कथन I का एक विशेष मामला है जहाँ p=1p=1 है।
an=1na_n = \frac{1}{n} धनात्मक, घटता हुआ है, और lim⁡n→∞1n=0\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n} = 0 है।
अतः, वैकल्पिक श्रेणी परीक्षण के अनुसार, यह श्रेणी अभिसारी है। यह कथन सत्य है।

कथन III: श्रेणी 1+12+13+14+…1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{4} + \dots अपसारी है।
यह हार्मोनिक श्रेणी है ∑n=1∞1n\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n}। यह एक p-श्रेणी है ∑n=1∞1np\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n^p} जहाँ p=1p=1 है।
एक p-श्रेणी अभिसारी होती है यदि p>1p > 1 और अपसारी होती है यदि p≤1p \le 1।
चूंकि p=1p=1, यह श्रेणी अपसारी है। अतः, यह कथन सत्य है।

सभी कथन I, II और III सत्य हैं।

सही विकल्प है:
(4) सभी I, II तथा III

प्रश्न 89:
हमें वह अंतराल ज्ञात करना है जिसमें श्रेणी ∑n=1∞xn(n+1)\sum_{n=1}^{\infty} \frac{x}{n(n+1)} एकसमान अभिसारी नहीं है।

  1. श्रेणी के nn-वें पद को आंशिक भिन्नों में तोड़ें।

    श्रेणी का सामान्य पद fn(x)=xn(n+1)f_n(x) = \frac{x}{n(n+1)} है।
    हम 1n(n+1)\frac{1}{n(n+1)} को 1n−1n+1\frac{1}{n} - \frac{1}{n+1} के रूप में लिख सकते हैं।
    तो, श्रेणी S(x)=∑n=1∞x(1n−1n+1)S(x) = \sum_{n=1}^{\infty} x \left(\frac{1}{n} - \frac{1}{n+1}\right) बन जाती है।

  2. श्रेणी के आंशिक योग SN(x)S_N(x) की गणना करें।

    यह एक टेलीस्कोपिंग श्रेणी है:

    SN(x)=x[(1−12)+(12−13)+⋯+(1N−1N+1)]S_N(x) = x \left[ \left(1 - \frac{1}{2}\right) + \left(\frac{1}{2} - \frac{1}{3}\right) + \dots + \left(\frac{1}{N} - \frac{1}{N+1}\right) \right] SN(x)=x(1−1N+1)S_N(x) = x \left(1 - \frac{1}{N+1}\right)
  3. श्रेणी के योग S(x)S(x) की गणना करें।

    S(x)=lim⁡N→∞SN(x)=lim⁡N→∞x(1−1N+1)=x(1−0)=xS(x) = \lim_{N \to \infty} S_N(x) = \lim_{N \to \infty} x \left(1 - \frac{1}{N+1}\right) = x(1 - 0) = x

    तो, श्रेणी S(x)=xS(x) = x पर अभिसरित होती है।

  4. एकसमान अभिसरण के लिए शर्त लागू करें।

    एक श्रेणी ∑fn(x)\sum f_n(x) एक अंतराल II पर एकसमान अभिसारी होती है यदि lim⁡n→∞sup⁡x∈I∣S(x)−Sn(x)∣=0\lim_{n \to \infty} \sup_{x \in I} |S(x) - S_n(x)| = 0।
    यहां, S(x)−Sn(x)=x−x(1−1n+1)=x(1−1+1n+1)=xn+1S(x) - S_n(x) = x - x\left(1 - \frac{1}{n+1}\right) = x\left(1 - 1 + \frac{1}{n+1}\right) = \frac{x}{n+1}।
    हमें lim⁡n→∞sup⁡x∈I∣xn+1∣=0\lim_{n \to \infty} \sup_{x \in I} \left|\frac{x}{n+1}\right| = 0 की आवश्यकता है।

  5. दिए गए अंतरालों का विश्लेषण करें।

    • (1) (0,1)(0, 1): sup⁡x∈(0,1)∣xn+1∣=1n+1\sup_{x \in (0,1)} \left|\frac{x}{n+1}\right| = \frac{1}{n+1}। lim⁡n→∞1n+1=0\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n+1} = 0। यह एकसमान अभिसारी है।
    • (2) (0,2)(0, 2): sup⁡x∈(0,2)∣xn+1∣=2n+1\sup_{x \in (0,2)} \left|\frac{x}{n+1}\right| = \frac{2}{n+1}। lim⁡n→∞2n+1=0\lim_{n \to \infty} \frac{2}{n+1} = 0। यह एकसमान अभिसारी है।
    • (3) (0,10)(0, 10): sup⁡x∈(0,10)∣xn+1∣=10n+1\sup_{x \in (0,10)} \left|\frac{x}{n+1}\right| = \frac{10}{n+1}। lim⁡n→∞10n+1=0\lim_{n \to \infty} \frac{10}{n+1} = 0। यह एकसमान अभिसारी है।
    • (4) (0,∞)(0, \infty): sup⁡x∈(0,∞)∣xn+1∣\sup_{x \in (0,\infty)} \left|\frac{x}{n+1}\right|। जैसे-जैसे x→∞x \to \infty, xn+1→∞\frac{x}{n+1} \to \infty। तो, sup⁡x∈(0,∞)∣xn+1∣=∞\sup_{x \in (0,\infty)} \left|\frac{x}{n+1}\right| = \infty। चूंकि lim⁡n→∞∞≠0\lim_{n \to \infty} \infty \ne 0, श्रेणी इस अंतराल में एकसमान अभिसारी नहीं है।

    प्रश्न 88 का उत्तर: 4\boxed{\text{4}}
    प्रश्न 89 का उत्तर: 4\boxed{\text{4}}

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