Skip to content Study Mondo Free study resources for students from Grade 4 through AP and test prep. 24 courses, 700+ topics.
Courses Features Company Stay Ahead in School Free weekly study tips, practice sets, and exam strategies. Join 10,000+ students.
ยฉ 2026 Study Mondo. Built for students.
APยฎ is a trademark registered by the College Board, which is not affiliated with, and does not endorse, this website.
Radius and Interval of Convergence | Study Mondo
Topics / Power & Taylor Series (BC) / Radius and Interval of Convergence Radius and Interval of Convergence Finding where power series converge
๐ฏ โญ INTERACTIVE LESSON
Try the Interactive Version! Learn step-by-step with practice exercises built right in.
Start Interactive Lesson โ ๐ฏ Radius and Interval of Convergence
Review: Convergence Behavior
For power series โ n = 0 โ c n ( x โ a ) n \sum_{n=0}^{\infty} c_n(x-a)^n โ n = 0 โ โ c n โ :
๐ Practice Problems
1 Problem 1medium โ Question:Find the interval of convergence for โ n = 1 โ ( โ 1 ) n ( x โ 2 ) n n โ
5 n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n (x-2)^n}{n \cdot 5^n} โ n = 1 .
Explain using: ๐ Simple words ๐ Analogy ๐จ Visual desc. ๐ Example ๐ก Explain
๐ AP Calculus BC โ Exam Format Guideโฑ 3 hours 15 minutes ๐ 51 questions ๐ 4 sections
Section Format Questions Time Weight Calculator Multiple Choice (No Calculator) MCQ 30 60 min 33.3% ๐ซ Multiple Choice (Calculator) MCQ 15 45 min 16.7% โ
Free Response (Calculator) FRQ 2 30 min 16.7% โ
Free Response (No Calculator) FRQ 4 60 min 33.3% ๐ซ
๐ก Key Test-Day Tipsโ Know your series testsโ Parametric/polar problems appear every yearโ AB subscore is includedโ ๏ธ Common Mistakes: Radius and Interval of ConvergenceAvoid these 4 frequent errors
1 Forgetting the constant of integration (+C) on indefinite integrals
โพ 2 Confusing the Power Rule with the Chain Rule
โพ 3 Not checking continuity before applying the Mean Value Theorem
โพ 4 Dropping negative signs when differentiating trig functions
โพ ๐ Real-World Applications: Radius and Interval of ConvergenceSee how this math is used in the real world
โ๏ธ Optimizing Package Design
Engineering
โพ ๐ฅ Predicting Drug Dosage Decay
Medicine
โพ ๐ฌ Calculating Distance from Velocity
Physics
โพ ๐ฐ Revenue Optimization
Finance
โพ
๐ Worked Example: Related Rates โ Expanding CircleProblem: A stone is dropped into a still pond, creating a circular ripple. The radius of the ripple is increasing at a rate of 2 2 2 cm/s. How fast is the area of the circle increasing when the radius is 10 10 10 cm?
1 Identify the known and unknown rates Click to reveal โ
2 Write the relationship between variables
3 Differentiate both sides with respect to time
๐งช Practice Lab Interactive practice problems for Radius and Interval of Convergence
โพ ๐ Related Topics in Power & Taylor Series (BC)โ Frequently Asked QuestionsWhat is Radius and Interval of Convergence?โพ Finding where power series converge
How can I study Radius and Interval of Convergence effectively?โพ Start by reading the study notes and working through the examples on this page. Then use the flashcards to test your recall. Practice with the 3 problems provided, checking solutions as you go. Regular review and active practice are key to retention.
Is this Radius and Interval of Convergence study guide free?โพ Yes โ all study notes, flashcards, and practice problems for Radius and Interval of Convergence on Study Mondo are 100% free. No account is needed to access the content.
What course covers Radius and Interval of Convergence?โพ Radius and Interval of Convergence is part of the AP Calculus BC course on Study Mondo, specifically in the Power & Taylor Series (BC) section. You can explore the full course for more related topics and practice resources.
Are there practice problems for Radius and Interval of Convergence?
๐ก Study Tipsโ Work through examples step-by-step โ Practice with flashcards daily โ Review common mistakes (
x
โ
a ) n
Converges at center x = a x = a x = a (always!)
May converge on an interval around a a a
Diverges outside that interval
The radius of convergence R R R determines this interval.
Three Cases Series converges only at x = a x = a x = a
Example : โ n = 0 โ n ! x n \sum_{n=0}^{\infty} n! x^n โ n = 0 โ โ n ! x n
Use Ratio Test: limit is โ \infty โ unless x = 0 x = 0 x = 0 .
Case 2: 0 < R < โ 0 < R < \infty 0 < R < โ Series converges for โฃ x โ a โฃ < R |x - a| < R โฃ x โ a โฃ < R
Diverges for โฃ x โ a โฃ > R |x - a| > R โฃ x โ a โฃ > R
Endpoints x = a ยฑ R x = a \pm R x = a ยฑ R need separate testing!
Case 3: R = โ R = \infty R = โ Series converges for all x x x
Example : โ n = 0 โ x n n ! \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} โ n = 0 โ โ n ! x n โ (this is e x e^x e x )
Finding Radius Using Ratio Test Step 1 : Apply Ratio Test to โ c n ( x โ a ) n \sum c_n(x-a)^n โ c n โ ( x โ a ) n
L = lim โก n โ โ โฃ c n + 1 ( x โ a ) n + 1 c n ( x โ a ) n โฃ L = \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}(x-a)^{n+1}}{c_n(x-a)^n}\right| L = lim n โ โ โ โ c n โ ( x โ a ) n c n + 1 โ ( x โ a ) โ
= โฃ x โ a โฃ โ
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ = |x-a| \cdot \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| = โฃ x โ a โฃ โ
lim n โ โ โ โ c n โ c n + 1 โ โ โ
Step 2 : For convergence, need L < 1 L < 1 L < 1 :
โฃ x โ a โฃ โ
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ < 1 |x-a| \cdot \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| < 1 โฃ x โ a โฃ โ
lim n โ โ โ โ c n โ c n + 1 โ โ โ < 1
โฃ x โ a โฃ < 1 lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ |x-a| < \frac{1}{\lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right|} โฃ x โ a โฃ < l i m n โ โ โ โฃ c n โ c n + 1 โ โ โฃ 1 โ
R = 1 lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ R = \frac{1}{\lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right|} R = l i m n โ โ โ โฃ c n โ c n + 1 โ โ โฃ 1 โ
(If limit is 0, then R = โ R = \infty R = โ ; if limit is โ \infty โ , then R = 0 R = 0 R = 0 )
Example 1: Find Radius Find the radius of convergence for โ n = 1 โ x n n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{x^n}{n} โ n = 1 โ โ n x n โ .
c n = 1 n , c n + 1 = 1 n + 1 c_n = \frac{1}{n}, \quad c_{n+1} = \frac{1}{n+1} c n โ = n 1 โ , c n + 1 โ = n + 1 1 โ
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ = lim โก n โ โ n n + 1 = 1 \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| = \lim_{n \to \infty} \frac{n}{n+1} = 1 lim n โ โ โ โ c n โ c n + 1 โ โ โ = lim n โ โ โ n + 1 n โ = 1
R = 1 1 = 1 R = \frac{1}{1} = 1 R = 1 1 โ = 1
Radius of convergence : R = 1 R = 1 R = 1
Series converges for โฃ x โฃ < 1 |x| < 1 โฃ x โฃ < 1 (since center is a = 0 a = 0 a = 0 ).
Finding the Interval of Convergence Step 1 : Find radius R R R using Ratio Test
Step 2 : The interval (before endpoints) is ( a โ R , a + R ) (a - R, a + R) ( a โ R , a + R )
Step 3 : Test endpoints x = a โ R x = a - R x = a โ R and x = a + R x = a + R x = a + R separately using:
Alternating Series Test
p-Series Test
Comparison Tests
etc.
Step 4 : Write final interval using ( ( ( or [ [ [ depending on endpoint convergence
Example 2: Find Interval Find the interval of convergence for โ n = 1 โ x n n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{x^n}{n} โ n = 1 โ โ n x n โ .
From Example 1 : R = 1 R = 1 R = 1 , center a = 0 a = 0 a = 0
Interval before endpoints: ( โ 1 , 1 ) (-1, 1) ( โ 1 , 1 )
โ n = 1 โ 1 n n = โ n = 1 โ 1 n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1^n}{n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n} โ n = 1 โ โ n 1 n โ = โ n = 1 โ โ n 1 โ (harmonic series)
โ n = 1 โ ( โ 1 ) n n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n}{n} โ n = 1 โ โ n ( โ 1 ) n โ (alternating harmonic)
By Alternating Series Test: Converges!
Interval of convergence : [ โ 1 , 1 ) [-1, 1) [ โ 1 , 1 )
(Includes โ 1 -1 โ 1 , excludes 1 1 1 )
Example 3: Both Endpoints Converge Find the interval of convergence for โ n = 1 โ x n n 2 \sum_{n=1}^{\infty} \frac{x^n}{n^2} โ n = 1 โ โ n 2 x n โ .
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ = lim โก n โ โ n 2 ( n + 1 ) 2 = 1 \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| = \lim_{n \to \infty} \frac{n^2}{(n+1)^2} = 1 lim n โ โ โ โ c n โ c n + 1 โ โ โ = lim n โ โ โ ( n + 1 ) 2 n 2 โ = 1
โ n = 1 โ 1 n 2 \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n^2} โ n = 1 โ โ n 2 1 โ (p-series with p = 2 p = 2 p = 2 )
Step 3: Test x = โ 1 x = -1 x = โ 1
โ n = 1 โ ( โ 1 ) n n 2 \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n}{n^2} โ n = 1 โ โ n 2 ( โ 1 ) n โ
Converges absolutely (since โ 1 n 2 \sum \frac{1}{n^2} โ n 2 1 โ converges).
Interval of convergence : [ โ 1 , 1 ] [-1, 1] [ โ 1 , 1 ] (closed interval)
Example 4: Neither Endpoint Converges Find the interval of convergence for โ n = 0 โ n x n \sum_{n=0}^{\infty} n x^n โ n = 0 โ โ n x n .
c n = n , c n + 1 = n + 1 c_n = n, \quad c_{n+1} = n+1 c n โ = n , c n + 1 โ = n + 1
lim โก n โ โ โฃ n + 1 n โฃ = 1 \lim_{n \to \infty} \left|\frac{n+1}{n}\right| = 1 lim n โ โ โ โ n n + 1 โ โ = 1
โ n = 0 โ n \sum_{n=0}^{\infty} n โ n = 0 โ โ n
This diverges (terms don't approach 0).
Step 3: Test x = โ 1 x = -1 x = โ 1
โ n = 0 โ n ( โ 1 ) n \sum_{n=0}^{\infty} n(-1)^n โ n = 0 โ โ n ( โ 1 ) n
Interval of convergence : ( โ 1 , 1 ) (-1, 1) ( โ 1 , 1 ) (open interval)
Example 5: Series Centered at a โ 0 a \neq 0 a ๎ = 0 Find the interval of convergence for โ n = 1 โ ( x โ 3 ) n n โ
2 n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(x-3)^n}{n \cdot 2^n} โ n = 1 โ โ n โ
2 n ( x โ 3 ) n โ .
c n = 1 n โ
2 n , c n + 1 = 1 ( n + 1 ) โ
2 n + 1 c_n = \frac{1}{n \cdot 2^n}, \quad c_{n+1} = \frac{1}{(n+1) \cdot 2^{n+1}} c n โ = n โ
2 n 1 โ , c n + 1 โ = ( n + 1 ) โ
2 n + 1 1 โ
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ = lim โก n โ โ n โ
2 n ( n + 1 ) โ
2 n + 1 \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| = \lim_{n \to \infty} \frac{n \cdot 2^n}{(n+1) \cdot 2^{n+1}} lim n โ โ โ โ c n โ c n + 1 โ โ โ = lim n โ โ โ ( n + 1 ) โ
2 n + 1 n โ
2 n โ
= lim โก n โ โ n 2 ( n + 1 ) = 1 2 = \lim_{n \to \infty} \frac{n}{2(n+1)} = \frac{1}{2} = lim n โ โ โ 2 ( n + 1 ) n โ = 2 1 โ
R = 1 1 / 2 = 2 R = \frac{1}{1/2} = 2 R = 1/2 1 โ = 2
Interval before endpoints: ( 3 โ 2 , 3 + 2 ) = ( 1 , 5 ) (3-2, 3+2) = (1, 5) ( 3 โ 2 , 3 + 2 ) = ( 1 , 5 )
โ n = 1 โ ( 1 โ 3 ) n n โ
2 n = โ n = 1 โ ( โ 2 ) n n โ
2 n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(1-3)^n}{n \cdot 2^n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-2)^n}{n \cdot 2^n} โ n = 1 โ โ n โ
2 n ( 1 โ 3 ) n โ = โ n = 1 โ โ n โ
2 n ( โ 2 ) n โ
= โ n = 1 โ ( โ 1 ) n โ
2 n n โ
2 n = โ n = 1 โ ( โ 1 ) n n = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n \cdot 2^n}{n \cdot 2^n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n}{n} = โ n = 1 โ โ n โ
2 n ( โ 1 ) n โ
2 n โ = โ n = 1 โ โ n ( โ 1 ) n โ
Alternating harmonic series: Converges!
โ n = 1 โ ( 5 โ 3 ) n n โ
2 n = โ n = 1 โ 2 n n โ
2 n = โ n = 1 โ 1 n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(5-3)^n}{n \cdot 2^n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{2^n}{n \cdot 2^n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n} โ n = 1 โ โ n โ
2 n ( 5 โ 3 ) n โ = โ n = 1 โ โ n โ
2 n 2 n โ โ n = 1 โ โ n 1 โ
Harmonic series: Diverges!
Interval of convergence : [ 1 , 5 ) [1, 5) [ 1 , 5 )
Example 6: Infinite Radius Find the interval of convergence for โ n = 0 โ x n n ! \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} โ n = 0 โ โ n ! x n โ .
c n = 1 n ! , c n + 1 = 1 ( n + 1 ) ! c_n = \frac{1}{n!}, \quad c_{n+1} = \frac{1}{(n+1)!} c n โ = n ! 1 โ , c n + 1 โ = ( n + 1 )! 1 โ
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ = lim โก n โ โ n ! ( n + 1 ) ! = lim โก n โ โ 1 n + 1 = 0 \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| = \lim_{n \to \infty} \frac{n!}{(n+1)!} = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{n+1} = 0 lim n โ โ โ โ c n โ c n + 1 โ โ โ = lim n โ โ โ ( n + 1 )! n ! โ = lim n โ โ โ n + 1 1 โ = 0
R = 1 0 = โ R = \frac{1}{0} = \infty R = 0 1 โ = โ
Interval of convergence : ( โ โ , โ ) (-\infty, \infty) ( โ โ , โ )
Series converges for all real x x x !
Summary Table Endpoint x = a โ R x = a-R x = a โ R Endpoint x = a + R x = a+R x = a + R Interval Diverges Diverges ( a โ R , a + R ) (a-R, a+R) ( a โ R , a + R ) Converges Diverges [ a โ R , a + R ) [a-R, a+R) [ a โ R , a + R ) Diverges Converges ( a โ R , a + R ] (a-R, a+R] ( a โ R , a + R ] Converges Converges [ a โ R , a + R ] [a-R, a+R] [ a โ R , a + R ]
โ ๏ธ Common Mistakes
Mistake 1: Forgetting to Test Endpoints WRONG : "Radius is 1, so interval is ( โ 1 , 1 ) (-1, 1) ( โ 1 , 1 ) "
RIGHT : Must test both endpoints separately! Could be ( โ 1 , 1 ) (-1,1) ( โ 1 , 1 ) , [ โ 1 , 1 ) [-1,1) [ โ 1 , 1 ) , ( โ 1 , 1 ] (-1,1] ( โ 1 , 1 ] , or [ โ 1 , 1 ] [-1,1] [ โ 1 , 1 ] .
Mistake 2: Wrong Endpoint Values For โ c n ( x โ 3 ) n \sum c_n(x-3)^n โ c n โ ( x โ 3 ) n with R = 2 R = 2 R = 2 :
WRONG : Endpoints are ยฑ 2 \pm 2 ยฑ 2
RIGHT : Endpoints are 3 ยฑ 2 3 \pm 2 3 ยฑ 2 , i.e., x = 1 x = 1 x = 1 and x = 5 x = 5 x = 5
Mistake 3: Testing Wrong Series at Endpoints At x = โ 1 x = -1 x = โ 1 for โ x n n \sum \frac{x^n}{n} โ n x n โ :
WRONG : Test โ x n n \sum \frac{x^n}{n} โ n x n โ (still has x x x in it!)
RIGHT : Substitute x = โ 1 x = -1 x = โ 1 : test โ ( โ 1 ) n n \sum \frac{(-1)^n}{n} โ n ( โ 1 ) n โ
Mistake 4: Assuming Symmetry WRONG : "If x = 1 x = 1 x = 1 diverges, then x = โ 1 x = -1 x = โ 1 also diverges"
RIGHT : Must test each endpoint independently!
One might converge while the other diverges.
๐ Practice Strategy
Find radius R R R : Use Ratio Test on coefficients
Find center a a a : From ( x โ a ) n (x - a)^n ( x โ a ) n term
Interval before endpoints : ( a โ R , a + R ) (a - R, a + R) ( a โ R , a + R )
Test left endpoint x = a โ R x = a - R x = a โ R : Substitute, use appropriate test
Test right endpoint x = a + R x = a + R x = a + R : Substitute, use appropriate test
Write final interval : Use correct bracket notation
Special cases : R = 0 R = 0 R = 0 (only at center), R = โ R = \infty R = โ (all x x x )
Check your work : Make sure endpoints make sense with center!
โ
โ
n โ
5 n ( โ 1 ) n ( x โ 2 ) n โ
๐ก Show Solution Step 1: Find radius of convergence
c n = ( โ 1 ) n n โ
5 n c_n = \frac{(-1)^n}{n \cdot 5^n} c n โ = n โ
5 n ( โ 1 ) n โ
For ratio test, we use absolute values:
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ = lim โก n โ โ 1 ( n + 1 ) โ
5 n + 1 1 n โ
5 n \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| = \lim_{n \to \infty} \frac{\frac{1}{(n+1) \cdot 5^{n+1}}}{\frac{1}{n \cdot 5^n}} lim n โ โ โ
= lim โก n โ โ n โ
5 n ( n + 1 ) โ
5 n + 1 = lim โก n โ โ n 5 ( n + 1 ) = 1 5 = \lim_{n \to \infty} \frac{n \cdot 5^n}{(n+1) \cdot 5^{n+1}} = \lim_{n \to \infty} \frac{n}{5(n+1)} = \frac{1}{5} = lim n โ โ โ (
R = 1 1 / 5 = 5 R = \frac{1}{1/5} = 5 R = 1/5 1 โ = 5
Step 2: Find interval before endpoints
Center: a = 2 a = 2 a = 2
Interval: ( 2 โ 5 , 2 + 5 ) = ( โ 3 , 7 ) (2-5, 2+5) = (-3, 7) ( 2 โ 5 , 2 + 5 ) = ( โ 3 , 7 )
Step 3: Test left endpoint x = โ 3 x = -3 x = โ 3
โ n = 1 โ ( โ 1 ) n ( โ 3 โ 2 ) n n โ
5 n = โ n = 1 โ ( โ 1 ) n ( โ 5 ) n n โ
5 n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n (-3-2)^n}{n \cdot 5^n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n (-5)^n}{n \cdot 5^n} โ n = 1 โ โ
= โ n = 1 โ ( โ 1 ) n โ
( โ 1 ) n โ
5 n n โ
5 n = โ n = 1 โ ( โ 1 ) 2 n n = โ n = 1 โ 1 n = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n \cdot (-1)^n \cdot 5^n}{n \cdot 5^n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{2n}}{n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n} = โ n = 1 โ โ
This is the harmonic series: Diverges!
Step 4: Test right endpoint x = 7 x = 7 x = 7
โ n = 1 โ ( โ 1 ) n ( 7 โ 2 ) n n โ
5 n = โ n = 1 โ ( โ 1 ) n โ
5 n n โ
5 n \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n (7-2)^n}{n \cdot 5^n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n \cdot 5^n}{n \cdot 5^n} โ n = 1 โ โ
= โ n = 1 โ ( โ 1 ) n n = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n}{n} = โ n = 1 โ โ n ( โ 1
This is the alternating harmonic series.
By Alternating Series Test: Converges!
Answer : Interval of convergence is ( โ 3 , 7 ] (-3, 7] ( โ 3 , 7 ]
2 Problem 2easy โ Question:Find the interval of convergence for โ n = 0 โ ( x + 1 ) n ( n + 1 ) ! \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(x+1)^n}{(n+1)!} โ n = 0 โ โ ( n + 1 )! ( x + 1 ) n โ .
๐ก Show Solution Step 1: Find radius
c n = 1 ( n + 1 ) ! c_n = \frac{1}{(n+1)!} c n โ = ( n + 1 )!
3 Problem 3hard โ Question:Find the interval of convergence for โ n = 2 โ x n ( ln โก n ) 2 \sum_{n=2}^{\infty} \frac{x^n}{(\ln n)^2} โ n = 2 โ โ ( l n n ) 2 x n โ .
๐ก Show Solution Step 1: Find radius
c n = 1 ( ln โก n ) 2 c_n = \frac{1}{(\ln n)^2} c n โ = ( l n n )
โพ
Yes, this page includes 3 practice problems with detailed solutions. Each problem includes a step-by-step explanation to help you understand the approach.
n + 1
โ
=
โ
c n โ c n + 1 โ โ
=
lim n โ โ โ n โ
5 n 1 โ ( n + 1 ) โ
5 n + 1 1 โ โ
n
+
1
)
โ
5 n + 1
n โ
5 n
โ
=
lim n โ โ โ 5 ( n + 1 ) n โ =
5 1 โ
n โ
5 n ( โ 1 ) n ( โ 3 โ 2 ) n โ
=
โ n = 1 โ โ n โ
5 n ( โ 1 ) n ( โ 5 ) n โ
n โ
5 n ( โ 1 ) n โ
( โ 1 ) n โ
5 n โ
=
โ n = 1 โ โ n ( โ 1 ) 2 n โ =
โ n = 1 โ โ n 1 โ
n โ
5 n
( โ 1 ) n ( 7 โ 2 ) n
โ
=
โ n = 1 โ โ n โ
5 n ( โ 1 ) n โ
5 n โ
)
n
โ
1
โ
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ = lim โก n โ โ ( n + 1 ) ! ( n + 2 ) ! \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| = \lim_{n \to \infty} \frac{(n+1)!}{(n+2)!} lim n โ โ โ โ c n โ c n + 1 โ โ โ = lim n โ โ โ ( n + 2 )! ( n + 1 )! โ
= lim โก n โ โ 1 n + 2 = 0 = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{n+2} = 0 = lim n โ โ โ n + 2 1 โ = 0
R = 1 0 = โ R = \frac{1}{0} = \infty R = 0 1 โ = โ
Since R = โ R = \infty R = โ , the series converges for all x x x .
Interval of convergence : ( โ โ , โ ) (-\infty, \infty) ( โ โ , โ )
Note : No need to test endpoints when R = โ R = \infty R = โ !
2
1
โ
lim โก n โ โ โฃ c n + 1 c n โฃ = lim โก n โ โ ( ln โก n ) 2 ( ln โก ( n + 1 ) ) 2 \lim_{n \to \infty} \left|\frac{c_{n+1}}{c_n}\right| = \lim_{n \to \infty} \frac{(\ln n)^2}{(\ln(n+1))^2} lim n โ โ โ โ c n โ c n + 1 โ โ โ = lim n โ โ โ ( l n ( n + 1 ) ) 2 ( l n n )
As n โ โ n \to \infty n โ โ : ln โก ( n + 1 ) โ ln โก n \ln(n+1) \approx \ln n ln ( n + 1 ) โ ln n
= lim โก n โ โ ( ln โก n ln โก ( n + 1 ) ) 2 = 1 = \lim_{n \to \infty} \left(\frac{\ln n}{\ln(n+1)}\right)^2 = 1 = lim n โ โ โ ( l n ( n + 1 ) l n n โ ) 2 = 1
Step 2: Interval before endpoints
Interval: ( โ 1 , 1 ) (-1, 1) ( โ 1 , 1 )
โ n = 2 โ 1 ( ln โก n ) 2 \sum_{n=2}^{\infty} \frac{1}{(\ln n)^2} โ n = 2 โ โ ( l n n ) 2 1 โ
Compare to โ 1 n \sum \frac{1}{n} โ n 1 โ using Limit Comparison Test:
lim โก n โ โ 1 ( ln โก n ) 2 1 n = lim โก n โ โ n ( ln โก n ) 2 \lim_{n \to \infty} \frac{\frac{1}{(\ln n)^2}}{\frac{1}{n}} = \lim_{n \to \infty} \frac{n}{(\ln n)^2} lim n โ โ โ n 1 โ ( l n n ) 2 1 โ โ = lim n โ โ โ ( l n n ) 2 n โ
This is โ โ \frac{\infty}{\infty} โ โ โ form. Use L'Hรดpital's (twice):
= lim โก n โ โ 1 2 ln โก n n = lim โก n โ โ n 2 ln โก n = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{\frac{2\ln n}{n}} = \lim_{n \to \infty} \frac{n}{2\ln n} = lim n โ โ โ n 2 l n n โ 1 โ = lim n โ โ โ 2 l n n n โ
(Still โ โ \frac{\infty}{\infty} โ โ โ , apply L'Hรดpital's again)
= lim โก n โ โ 1 2 / n = lim โก n โ โ n 2 = โ = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{2/n} = \lim_{n \to \infty} \frac{n}{2} = \infty = lim n โ โ โ 2/ n 1 โ = lim n โ โ โ 2 n โ = โ
Since limit is โ \infty โ and โ 1 n \sum \frac{1}{n} โ n 1 โ diverges:
โ 1 ( ln โก n ) 2 \sum \frac{1}{(\ln n)^2} โ ( l n n ) 2 1 โ diverges!
Step 4: Test x = โ 1 x = -1 x = โ 1
โ n = 2 โ ( โ 1 ) n ( ln โก n ) 2 \sum_{n=2}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(\ln n)^2} โ n = 2 โ โ ( l n n ) 2 ( โ 1 ) n โ
Check Alternating Series Test:
a n = 1 ( ln โก n ) 2 > 0 a_n = \frac{1}{(\ln n)^2} > 0 a n โ = ( l n n ) 2 1 โ > 0 โ
Decreasing: as n n n increases, ln โก n \ln n ln n increases, so 1 ( ln โก n ) 2 \frac{1}{(\ln n)^2} ( l n n ) 2 decreases โ
lim โก n โ โ 1 ( ln โก n ) 2 = 0 \lim_{n \to \infty} \frac{1}{(\ln n)^2} = 0 lim n โ โ โ ( l n n ) 2 โ
Answer : Interval of convergence is [ โ 1 , 1 ) [-1, 1) [ โ 1 , 1 )
2
โ
1
โ
1
โ
=
0