Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Infinite Sequences and Series · ⁨متتاليات وسلاسل لا نهائية⁩

AP Calculus BC · ⁨AP التفاضل والتكامل BC⁩ · Topic 10 · ⁨الموضوع 10⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
8:20

السلاسل اللانهائية

هل يمكنك جمع عدد لا نهائي من الأرقام والحصول على إجابة محدودة؟ بشكل مفاجئ، نعم. اجمع إلى ما لا نهاية، وأحيانًا يتجه المجموع إلى اللانهاية — لكن أحيانًا يكون…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

10.1

Defining Convergent and Divergent Infinite Series · ⁨تعريف المتسلسلات اللانهائية المتقاربة والمتباعدة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.1 The $n$th partial sum is defined as the sum of the first $n$ terms of a series. BC ONLY
  • LIM-7.A.2 An infinite series of numbers converges to a real number $S$ (or has sum $S$), if and only if the limit of its sequence of partial sums exists and equals $S$. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.1 يُعرّف الحد الجزئي $n$ بأنه مجموع أول $n$ حدود من المتسلسلة. لأجل BC فقط
  • LIM-7.A.2 تتقارب متسلسلة عددية إلى عدد حقيقي $S$ (أو يكون لها مجموع $S$)، إذا وفقط إذا كانت نهاية متتالية حدودها الجزئية موجودة وتساوي $S$. لأجل BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

An infinite series 无穷级数 adds infinitely many terms, $\sum_{n=1}^\infty a_n$. Its value is defined as the limit of the partial sums 部分和 $S_N=a_1+a_2+\cdots+a_N$. If $S_N$ approaches a finite number $L$, the series converges 收敛 to $L$; otherwise it diverges 发散. Every convergence question is really a question about the limit of the partial sums.

العربية
دميات ماتروشكا متداخلة: متسلسلة لانهائية تستمر في إضافة حدود — بعضها يتقارب وبعضها يتباعد
دميات ماتروشكا متداخلة: متسلسلة لانهائية تستمر في إضافة حدود — بعضها يتقارب وبعضها يتباعد

المتسلسلة اللانهائية تضيف عدداً لا نهائياً من الحدود، $\sum_{n=1}^\infty a_n$. قيمتها معرفة sebagai limit of the المجم الجزئية $S_N=a_1+a_2+\cdots+a_N$. إذا كان $S_N$ يقترب من عدد محدود $L$، فإن المتسلسلة تتقارب نحو $L$؛ وإلا فهي تتباعد. كل سؤال تقارب هو في الواقع سؤال عن حد المجم الجزئية.

المجم الجزئية لمتسلسلة هندسية متقاربة تصعد نحو a على واحد ناقص r
بالنسبة للمتسلسلة الهندسية بـ$a=1,\ r=\tfrac12$، المجم الجزئية $S_1,S_2,S_3,\dots$ تصعد نحو الحد $\dfrac{a}{1-r}=2$ – هذا الحد هو قيمة المتسلسلة.
Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
infinite series/ˈɪnfɪnət ˈsɪəriːz/ السلاسل اللانهائية
partial sums/ˈpɑːʃl sʌmz/ المجاميع الجزئية
converges/kənˈvɜːdʒɪz/ تتقارب
diverges/daɪˈvɜːdʒɪz/ تتباعد
geometric series/ˌdʒiːəʊˈmetrɪk ˈsɪəriːz/ متسلسلة هندسية
integral test/ˈɪntɪɡrəl test/ اختبار التكامل
harmonic series/hɑːˈmɒnɪk ˈsɪəriːz/ السلسلة التوافقية
Direct comparison/daɪˈrekt kəmˈpærɪsn/ المقارنة المباشرة
Limit comparison/ˈlɪmɪt kəmˈpærɪsn/ مقارنة الحدود
alternating series/ˈɔːltəneɪtɪŋ ˈsɪəriːz/ السلسلة المتناوبة
ratio test/ˈreɪʃɪəʊ test/ اختبار النسبة
converges absolutely/kənˈvɜːdʒɪz ˌæbsəˈluːtli/ متقارب مطلقاً
converges conditionally/kənˈvɜːdʒɪz kənˈdɪʃənəli/ متقارب بشكل مشروط
10.2

Working with Geometric Series · ⁨العمل مع المتسلسلات الهندسية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.3 A geometric series is a series with a constant ratio between successive terms. BC ONLY
  • LIM-7.A.4 If $a$ is a real number and $r$ is a real number such that $|r| < 1$, then the geometric series $\sum_{n=0}^{\infty} ar^n = \dfrac{a}{1-r}$. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.3 المتسلسلة الهندسية هي متسلسلة يكون فيها نسبة ثابتة بين الحدود المتتالية. BC فقط
  • LIM-7.A.4 إذا كان $a$ عدداً حقيقياً و$r$ عدداً حقيقياً بحيث $|r| < 1$، فإن المتسلسلة الهندسية $\sum_{n=0}^{\infty} ar^n = \dfrac{a}{1-r}$. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
Geometric series & convergence

A geometric series 几何级数 $\sum ar^{n}$ has a constant ratio $r$ between terms. It converges exactly when $|r|<1$, and then

$$\sum_{n=0}^\infty ar^n=\frac{a}{1-r}.$$
This is the one series whose sum you can find exactly, and it underlies power series later in the unit.

Worked example. Sum $3+\tfrac32+\tfrac34+\tfrac38+\cdots$. Here $a=3$ and $r=\tfrac12$ (with $|r|<1$), so the sum is $\dfrac{a}{1-r}=\dfrac{3}{1-\tfrac12}=6$.

العربية
متسلسلة هندسية & تقارب

المتسلسلة الهندسية $\sum ar^{n}$ لها نسبة ثابتة $r$ بين الحدود. تتقارب بالضبط عندما $|r|<1$، وحينها

$$\sum_{n=0}^\infty ar^n=\frac{a}{1-r}.$$
هذه هي المتسلسلة الوحيدة التي يمكنك إيجاد مجموعها بدقة، وهي أساس متسلسلات القوى لاحقاً في الوحدة.

مثال محلول. اجمع $3+\tfrac32+\tfrac34+\tfrac38+\cdots$. هنا $a=3$ و$r=\tfrac12$ (مع $|r|<1$)، لذا المجموع هو $\dfrac{a}{1-r}=\dfrac{3}{1-\tfrac12}=6$.

متتالية هندسية تضرب في نفس النسبة في كل خطوة
متتالية هندسية تضرب في نفس النسبة في كل خطوة
Explore · ⁨استكشف⁩

When a geometric series converges · ⁨متى تتقارب متسلسلة هندسية⁩

A geometric series $\sum ar^n$ converges only when $|r|<1$, summing to $\frac{a}{1-r}$. Change the ratio and watch the partial sums settle or blow up. · ⁨متسلسلة هندسية $\sum ar^n$ تتقارب فقط عندما $|r|<1$، وتجمع لتصبح $\frac{a}{1-r}$. غيّر النسبة وشاهد كيف تستقر المجاميع الجزئية أو تنفجر.⁩

10.3

The nth Term Test for Divergence · ⁨اختبار الحد النوني للتباعد⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.5 The $n$th term test is a test for divergence of a series. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.5 اختبار الحد الـ $n$ هو اختبار للتباعد المتسلسل. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

If the terms do not shrink to zero, the sum cannot settle: if $\lim_{n\to\infty}a_n\neq0$, the series diverges. This is only a test for divergence – if the terms do go to zero, the test is inconclusive (the series may still diverge, like the harmonic series). Always check this quick test first.

العربية

إذا لم تتناقص الحدود إلى الصفر، فإن المجموع لا يستقر: إذا $\lim_{n\to\infty}a_n\neq0$، فإن المتسلسلة متباعدة. هذا اختبار لـ التباعد فقط – إذا كانت الحدود تتجه إلى الصفر، يكون الاختبار غير حاسم (قد لا تزال المتسلسلة متباعدة، مثل المتسلسلة التوافقية). تحقق دائمًا من هذا الاختبار السريع أولاً.

10.4

Integral Test for Convergence · ⁨اختبار التكامل للتقارب⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.6 The integral test is a method to determine whether a series converges or diverges. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.6 اختبار التكامل هو طريقة لتحديد ما إذا كانت المتسلسلة تتقارب أم تتباعد. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

If $a_n=f(n)$ for a positive, decreasing, continuous $f$, then $\sum a_n$ and $\int_1^\infty f(x)\,dx$ both converge or both diverge. The integral test 积分判别法 turns a series question into an improper-integral question, and it is what proves the p-series rule below.

العربية

إذا $a_n=f(n)$ لدالة موجبة، متناقصة، ومتصلة $f$، فإن $\sum a_n$ و$\int_1^\infty f(x)\,dx$ يتقاربان معًا أو يتباعدان معًا. يحول اختبار التكامل مسألة المتسلسلة إلى مسألة تكامل غير معتدل، وهو ما يثبت قاعدة متسلسلات p أدناه.

10.5

Harmonic Series and p-Series · ⁨المتسلسلة التوافقية ومتسلسلات p⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.7 In addition to geometric series, common series of numbers include the harmonic series, the alternating harmonic series, and $p$-series. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.7 بالإضافة إلى المتسلسلات الهندسية، تشمل المتسلسلات العددية الشائعة المتسلسلة التوافقية، والمتسلسلة التوافقية المتناوبة، ومتسلسلات $p$. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

A p-series $\sum \dfrac{1}{n^p}$ converges if $p>1$ and diverges if $p\le1$. The special case $p=1$, $\sum\dfrac1n$, is the harmonic series 调和级数 – it diverges even though its terms go to zero (a famous, must-know fact). The p-series family is the standard yardstick for comparison tests.

العربية

متسلسلة p $\sum \dfrac{1}{n^p}$ تتقارب إذا $p>1$ وتتباعد إذا $p\le1$. الحالة الخاصة $p=1$، $\sum\dfrac1n$، هي المتسلسلة التوافقية – وهي متباعدة على الرغم من أن حدودها تؤول إلى الصفر (حقيقة مشهورة يجب معرفتها). عائلات متسلسلات p هي المقياس القياسي للاختبارات المقارنة.

10.6

Comparison Tests for Convergence · ⁨اختبارات المقارنة للتقارب⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.8 The comparison test is a method to determine whether a series converges or diverges. BC ONLY
  • LIM-7.A.9 The limit comparison test is a method to determine whether a series converges or diverges. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.8 اختبار المقارنة هو طريقة لتحديد ما إذا كانت المتسلسلة تتقارب أم تتباعد. BC فقط
  • LIM-7.A.9 اختبار المقارنة الحدي هو طريقة لتحديد ما إذا كانت المتسلسلة تتقارب أم تتباعد. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Compare an unfamiliar series to a known one (a p-series or geometric series):

  • Direct comparison 直接比较: if $0\le a_n\le b_n$ and $\sum b_n$ converges, so does $\sum a_n$; if $a_n\ge b_n\ge0$ and $\sum b_n$ diverges, so does $\sum a_n$.
  • Limit comparison 极限比较: if $\lim\dfrac{a_n}{b_n}$ is a finite positive number, the two series do the same thing. This is easier when the terms only behave like a known series.
العربية

قارن متسلسلة غير مألوفة بأخرى معروفة (متسلسلة p أو متسلسلة هندسية):

  • المقارنة المباشرة: إذا $0\le a_n\le b_n$ و$\sum b_n$ تتقارب، فإن $\sum a_n$ تتقارب أيضًا؛ إذا $a_n\ge b_n\ge0$ و$\sum b_n$ تتباعد، فإن $\sum a_n$ تتباعد أيضًا.
  • المقارنة بالحدود: إذا $\lim\dfrac{a_n}{b_n}$ هو عدد محدود وموجب، فإن المتسلسلتين تفعلان نفس الشيء. هذا أسهل عندما تكون الحدود تتصرف فقط مثل متسلسلة معروفة.
10.7

Alternating Series Test for Convergence · ⁨اختبار المتسلسلة المتناوبة للتقارب⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.10 The alternating series test is a method to determine whether an alternating series converges. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.10 اختبار المتسلسلة المتناوبة هو طريقة لتحديد ما إذا كانت المتسلسلة المتناوبة تتقارب. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

An alternating series 交错级数 has terms that switch sign, $\sum(-1)^n b_n$. It converges if the $b_n$ are positive, decreasing, and $\lim b_n=0$. This lets series like $\sum\dfrac{(-1)^n}{n}$ converge even though the same terms without the signs (the harmonic series) diverge.

العربية

المتسلسلة المتناوبة لها حدود تتغير إشارتها، $\sum(-1)^n b_n$. تتقارب إذا كانت $b_n$ موجبة، متناقصة، و$\lim b_n=0$. هذا يسمح لمتسلسلات مثل $\sum\dfrac{(-1)^n}{n}$ بالتقارب على الرغم من أن نفس الحدود بدون الإشارات (المتسلسلة التوافقية) تتباعد.

10.8

Ratio Test for Convergence · ⁨اختبار النسبة للتقارب⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.11 The ratio test is a method to determine whether a series of numbers converges or diverges. BC ONLY
    • Exclusion statement: The nth term test for divergence, and the integral test, comparison test, limit comparison test, alternating series test, and ratio test for convergence are assessed on the AP Calculus BC Exam. Other methods are not assessed on the exam. However, teachers may include additional methods in the course, if time permits.
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.11 اختبار النسبة هو طريقة لتحديد ما إذا كانت متسلسلة أعداد تتقارب أم تتباعد. BC فقط
    • عبارة الاستبعاد: يُختبر اختبار الحد النوني للتباعد، واختبار التكامل، واختبار المقارنة، واختبار المقارنة الحدي، واختبار المتسلسلة المتناوبة، واختبار النسبة للتقارب في امتحان AP Calculus BC. لا يتم اختبار طرق أخرى في الامتحان. ومع ذلك، قد يضيف المعلمون طرقاً إضافية إلى المنهج الدراسي، إذا سمح الوقت بذلك.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The ratio test 比值判别法 examines $L=\lim_{n\to\infty}\left|\dfrac{a_{n+1}}{a_n}\right|$:

  • $L<1$: the series converges absolutely;
  • $L>1$: it diverges;
  • $L=1$: inconclusive.

It is the go-to test for series with factorials or $n$th powers, and it is exactly how you find the radius of convergence of a power series.

Worked example. Test $\displaystyle\sum \frac{n}{2^n}$. The ratio is $\left|\dfrac{a_{n+1}}{a_n}\right|=\dfrac{n+1}{2^{n+1}}\cdot\dfrac{2^n}{n}=\dfrac{n+1}{2n}\to\dfrac12<1$, so the series converges.

العربية

يفحص اختبار النسبة $L=\lim_{n\to\infty}\left|\dfrac{a_{n+1}}{a_n}\right|$:

  • $L<1$: المتسلسلة تتقارب مطلقاً;
  • $L>1$: هي متباعدة;
  • $L=1$: غير حاسم.

هو الاختبار المفضل للمتسلسلات ذات العوامل أو الأسس $n$th، وهو بالضبط الطريقة التي تجد بها نصف قطر تقارب متسلسلة القوى.

مثال محلول. اختبر $\displaystyle\sum \frac{n}{2^n}$. النسبة هي $\left|\dfrac{a_{n+1}}{a_n}\right|=\dfrac{n+1}{2^{n+1}}\cdot\dfrac{2^n}{n}=\dfrac{n+1}{2n}\to\dfrac12<1$، لذا فإن المتسلسلة تتقارب.

10.9

Determining Absolute or Conditional Convergence · ⁨تحديد التقارب المطلق أو الشرطي⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.A: Determine whether a series converges or diverges. BC ONLY

  • LIM-7.A.12 A series may be absolutely convergent, conditionally convergent, or divergent. BC ONLY
  • LIM-7.A.13 If a series converges absolutely, then it converges. BC ONLY
  • LIM-7.A.14 If a series converges absolutely, then any series obtained from it by regrouping or rearranging the terms has the same value. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.A: تحديد ما إذا كانت المتسلسلة متقاربة أم متباعدة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.A.12 قد تكون المتسلسلة متقاربة مطلقاً، أو متقاربة شرطياً، أو متباعدة. BC فقط
  • LIM-7.A.13 إذا كانت المتسلسلة متقاربة مطلقاً، فإنها تتقارب. BC فقط
  • LIM-7.A.14 إذا كانت المتسلسلة متقاربة مطلقاً، فإن أي متسلسلة يتم الحصول عليها منها بإعادة تجميع أو إعادة ترتيب الحدود لها نفس القيمة. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

A series converges absolutely 绝对收敛 if $\sum|a_n|$ converges. It converges conditionally 条件收敛 if $\sum a_n$ converges but $\sum|a_n|$ diverges (the classic example is $\sum\dfrac{(-1)^n}{n}$). Absolute convergence is the stronger property; conditional convergence relies on the cancellation of signs.

العربية

تتقارب المتسلسلة تقارباً مطلقاً إذا $\sum|a_n|$ تتقارب. تتقارب تقارباً شرطياً إذا $\sum a_n$ تتقارب لكن $\sum|a_n|$ تتباعد (المثال الكلاسيكي هو $\sum\dfrac{(-1)^n}{n}$). التقارب المطلق هو الخاصية الأقوى؛ يعتمد التقارب الشرطي على إلغاء الإشارات.

10.10

Alternating Series Error Bound · ⁨حد خطأ المتسلسلة المتناوبة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-7): Applying limits may allow us to determine the finite sum of infinitely many terms.

Learning Objective LIM-7.B: Approximate the sum of a series. BC ONLY

  • LIM-7.B.1 If an alternating series converges by the alternating series test, then the alternating series error bound can be used to bound how far a partial sum is from the value of the infinite series. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-7): تطبيق النهايات قد يسمح لنا بحساب المجموع المحدد لعدد لا نهائي من الحدود.

هدف التعلم LIM-7.B: تقريب مجموع متسلسلة. لأجل BC فقط

  • LIM-7.B.1 إذا كانت متسلسلة متناوبة متقاربة باختبار المتسلسلة المتناوبة، فيمكن استخدام حد خطأ المتسلسلة المتناوبة لتحديد مقدار انحراف حد جزئي عن قيمة المتسلسلة اللانهائية. لأجل BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

For a convergent alternating series, the error in stopping at the $N$th partial sum is no larger than the first omitted term:

$$|S-S_N|\le b_{N+1}.$$
This simple, powerful bound lets you say how many terms guarantee a desired accuracy.

العربية

بالنسبة لـ متسلسلة متناوبة متقاربة، يكون الخطأ في التوقف عند المجموع الجزئي $N$ لا يتجاوز الحد الأول المستبعد:

$$|S-S_N|\le b_{N+1}.$$
يسمح لك هذا الحد البسيط والقوي بقول عدد الحدود التي تضمن دقة مطلوبة.

10.11

Finding Taylor Polynomial Approximations of Functions · ⁨إيجاد تقريبيات كثيرات حدود تايلور للدوال⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-8): Power series allow us to represent associated functions on an appropriate interval.

Learning Objective LIM-8.A: Represent a function at a point as a Taylor polynomial. BC ONLY

  • LIM-8.A.1 The coefficient of the $n$th degree term in a Taylor polynomial for a function $f$ centered at $x = a$ is $\dfrac{f^{(n)}(a)}{n!}$. BC ONLY
  • LIM-8.A.2 In many cases, as the degree of a Taylor polynomial increases, the $n$th degree polynomial will approach the original function over some interval. BC ONLY

Learning Objective LIM-8.B: Approximate function values using a Taylor polynomial. BC ONLY

  • LIM-8.B.1 Taylor polynomials for a function $f$ centered at $x = a$ can be used to approximate function values of $f$ near $x = a$. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-8): تسمح متسلسلات القوى بتمثيل الدوال المرتبطة بها على فترة مناسبة.

هدف التعلم LIM-8.A: تمثيل دالة عند نقطة كمتعدد حدود تايلور. لأجل BC فقط

  • LIM-8.A.1 معامل الحد من الدرجة $n$ في متعدد حدود تايلور لدالة $f$ مركزه $x = a$ هو $\dfrac{f^{(n)}(a)}{n!}$. لأجل BC فقط
  • LIM-8.A.2 في العديد من الحالات، كلما زاد درجة متعدد حدود تايلور، اقترب متعدد حدود الدرجة $n$ من الدالة الأصلية على مدى فترة معينة. لأجل BC فقط

هدف التعلم LIM-8.B: تقريب قيم الدالة باستخدام متعدد حدود تايلور. لأجل BC فقط

  • LIM-8.B.1 يمكن استخدام متعددات حدود تايلور لدالة $f$ مركزها $x = a$ لتقريب قيم الدالة لـ $f$ القريبة من $x = a$. لأجل BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English
Taylor series approximation

A Taylor polynomial 泰勒多项式 approximates a function near a center $x=a$ using its derivatives there:

$$P_n(x)=\sum_{k=0}^{n}\frac{f^{(k)}(a)}{k!}(x-a)^k.$$
Each added term matches one more derivative, so the polynomial hugs the curve more closely near $a$. Centered at $a=0$ it is a Maclaurin polynomial.

Exam skill: be able to build a Taylor polynomial from a table of derivative values and use it to estimate a function value.

العربية
تقريب متسلسلة تايلور

كثير حدود تايلور يقرب دالة بالقرب من مركز $x=a$ باستخدام مشتقاتها هناك:

$$P_n(x)=\sum_{k=0}^{n}\frac{f^{(k)}(a)}{k!}(x-a)^k.$$
كل حد مضاف يطابق مشتقة إضافية، لذا يعانق كثير الحدود المنحنى بشكل أقرب靠近 $a$. يتمركز عند $a=0$، فهو كثير حدود ماكلورين.

كثيرات حدود تايلور لـ sin x تعانق المنحنى بشكل أكبر كلما زاد الدرجة
كثيرات حدود ماكلورين لـ $\sin x$ – $T_1=x$، $T_3$، $T_5$ – كل منها يطابق مشتقة إضافية عند $0$، لذا يعانق كل منها $\sin x$ على نطاق أوسع قبل الانفصال.

مهارة الامتحان: أن تكون قادراً على بناء كثير حدود تايلور من جدول قيم المشتقات واستخدامه لتقدير قيمة الدالة.

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
Taylor polynomial/ˈteɪlə ˌpɒlɪˈnəʊmɪəl/ كثير حدود تايلور
Lagrange error bound/ˈlæɡreɪndʒ ˈerə baʊnd/ حد خطأ لاغرانج
power series/ˈpaʊə ˈsɪəriːz/ متسلسلة القوى
radius of convergence/ˈreɪdɪəs ɒv kənˈvɜːdʒəns/ نصف قطر التقارب
interval of convergence/ˈɪntəvl ɒv kənˈvɜːdʒəns/ فترة التقارب
10.12

Lagrange Error Bound · ⁨حد خطأ لاغرانج⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-8): Power series allow us to represent associated functions on an appropriate interval.

Learning Objective LIM-8.C: Determine the error bound associated with a Taylor polynomial approximation. BC ONLY

  • LIM-8.C.1 The Lagrange error bound can be used to determine a maximum interval for the error of a Taylor polynomial approximation to a function. BC ONLY
  • LIM-8.C.2 In some situations, the alternating series error bound can be used to bound the error of a Taylor polynomial approximation to the value of a function. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-8): تسمح متسلسلات القوى بتمثيل الدوال المرتبطة بها على فترة مناسبة.

هدف التعلم LIM-8.C: تحديد حد الخطأ المرتبط بتقريب متعدد حدود تايلور. لأجل BC فقط

  • LIM-8.C.1 يمكن استخدام حد خطأ لاغرانج لتحديد الحد الأقصى لفترة الخطأ في تقريب متعدد حدود تايلور لدالة ما. لأجل BC فقط
  • LIM-8.C.2 في بعض الحالات، يمكن استخدام حد خطأ المتسلسلة المتناوبة لتحديد حد خطأ تقريب متعدد حدود تايلور لقيمة دالة ما. لأجل BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

The Lagrange error bound 拉格朗日误差界 bounds how far a Taylor polynomial can be from the true value:

$$|R_n(x)|\le\frac{\max\big|f^{(n+1)}(z)\big|}{(n+1)!}\,|x-a|^{\,n+1}.$$
You bound the $(n+1)$th derivative on the interval, then compute – the standard way to prove a Taylor estimate is accurate enough.

العربية

حد خطأ لاغرانج يحدد مدى ابتعاد كثير حدود تايلور عن القيمة الحقيقية:

$$|R_n(x)|\le\frac{\max\big|f^{(n+1)}(z)\big|}{(n+1)!}\,|x-a|^{\,n+1}.$$
تحدها $(n+1)$th المشتقة على الفترة، ثم احسب – الطريقة القياسية لإثبات أن تقدير تايلور دقيق بما يكفي.

10.13

Radius and Interval of Convergence of Power Series · ⁨نصف قطر وفترتا تقارب متسلسلة القوى⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-8): Power series allow us to represent associated functions on an appropriate interval.

Learning Objective LIM-8.D: Determine the radius of convergence and interval of convergence for a power series. BC ONLY

  • LIM-8.D.1 A power series is a series of the form $\sum_{n=0}^{\infty} a_n (x-r)^n$, where $n$ is a non-negative integer, $\{a_n\}$ is a sequence of real numbers, and $r$ is a real number. BC ONLY
  • LIM-8.D.2 If a power series converges, it either converges at a single point or has an interval of convergence. BC ONLY
  • LIM-8.D.3 The ratio test can be used to determine the radius of convergence of a power series. BC ONLY
  • LIM-8.D.4 The radius of convergence of a power series can be used to identify an open interval on which the series converges, but it is necessary to test both endpoints of the interval to determine the interval of convergence. BC ONLY
  • LIM-8.D.5 If a power series has a positive radius of convergence, then the power series is the Taylor series of the function to which it converges over the open interval. BC ONLY
  • LIM-8.D.6 The radius of convergence of a power series obtained by term-by-term differentiation or term-by-term integration is the same as the radius of convergence of the original power series. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-8): تسمح متسلسلات القوى بتمثيل الدوال المرتبطة بها على فترة مناسبة.

هدف التعلم LIM-8.D: تحديد نصف قطر التقارب ومجال تقارب متسلسلة القوى. BC فقط

  • LIM-8.D.1 متسلسلة القوى هي متسلسلة من الشكل $\sum_{n=0}^{\infty} a_n (x-r)^n$، حيث $n$ عدد صحيح غير سالب، و$\{a_n\}$ متتالية من الأعداد الحقيقية، و$r$ عدد حقيقي. BC فقط
  • LIM-8.D.2 إذا كانت متسلسلة قوى متقاربة، فإنها إما تتقارب عند نقطة واحدة أو يكون لها مجال تقارب. BC فقط
  • LIM-8.D.3 يمكن استخدام اختبار النسبة لتحديد نصف قطر تقارب متسلسلة القوى. BC فقط
  • LIM-8.D.4 يمكن استخدام نصف قطر تقارب متسلسلة القوى لتحديد مجال مفتوح تتقارب فيه المتسلسلة، ولكن من الضروري اختبار طرفي المجال معاً لتحديد مجال التقارب. BC فقط
  • LIM-8.D.5 إذا كانت متسلسلة قوى لها نصف قطر تقارب موجب، فإن متسلسلة القوى تمثل متسلسلة تايلور للدالة التي تتقارب إليها على المجال المفتوح. BC فقط
  • LIM-8.D.6 نصف قطر تقارب متسلسلة قوى تم الحصول عليها عن طريق الاشتقاق أو التكامل حدًا بحد هو نفسه نصف قطر تقارب متسلسلة القوى الأصلية. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

A power series 幂级数 $\sum c_n(x-a)^n$ converges for $x$ within a radius of convergence 收敛半径 $R$ of the center $a$. Find $R$ with the ratio test. Then test the two endpoints separately (the ratio test is inconclusive there) to state the full interval of convergence 收敛区间 – including or excluding each endpoint.

Worked example. Find the radius of convergence of $\displaystyle\sum \frac{x^n}{n}$. The ratio test gives $\left|\dfrac{x^{n+1}}{n+1}\cdot\dfrac{n}{x^n}\right|=|x|\dfrac{n}{n+1}\to|x|$, which is $<1$ when $|x|<1$, so $R=1$. Testing the endpoints, $x=-1$ gives the convergent alternating harmonic series and $x=1$ the divergent harmonic series, so the interval is $[-1,1)$.

العربية

تتقارب متسلسلة القوى $\sum c_n(x-a)^n$ لـ $x$ داخل نصف قطر التقارب $R$ من المركز $a$. أوجد $R$ باستخدام اختبار النسبة. ثم اختبر النقطتين الطرفيتين منفصلتين (اختبار النسبة غير حاسم هناك) لتحديد فترة التقارب الكاملة – مع تضمين أو استبعاد كل نقطة طرفية.

مثال محلول. أوجد نصف قطر تقارب $\displaystyle\sum \frac{x^n}{n}$. يعطي اختبار النسبة $\left|\dfrac{x^{n+1}}{n+1}\cdot\dfrac{n}{x^n}\right|=|x|\dfrac{n}{n+1}\to|x|$، وهو $<1$ عندما $|x|<1$، لذا $R=1$. عند اختبار النقاط الطرفية، $x=-1$ يعطي المتسلسلة التوافقية المتناوبة المتقاربة و$x=1$ المتسلسلة التوافقية المتباعدة، لذا الفترة هي $[-1,1)$.

10.14

Finding Taylor or Maclaurin Series for a Function · ⁨إيجاد متسلسلة تايلور أو ماكلورين لدالة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-8): Power series allow us to represent associated functions on an appropriate interval.

Learning Objective LIM-8.E: Represent a function as a Taylor series or a Maclaurin series. BC ONLY

  • LIM-8.E.1 A Taylor polynomial for $f(x)$ is a partial sum of the Taylor series for $f(x)$. BC ONLY

Learning Objective LIM-8.F: Interpret Taylor series and Maclaurin series. BC ONLY

  • LIM-8.F.1 The Maclaurin series for $\dfrac{1}{1-x}$ is a geometric series. BC ONLY
  • LIM-8.F.2 The Maclaurin series for $\sin x$, $\cos x$, and $e^x$ provides the foundation for constructing the Maclaurin series for other functions. BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-8): تسمح متسلسلات القوى بتمثيل الدوال المرتبطة بها على فترة مناسبة.

هدف التعلم LIM-8.E: تمثيل دالة كمتسلسلة تايلور أو متسلسلة ماكلورين. BC فقط

  • LIM-8.E.1 كثير حدود تايلور لـ $f(x)$ هو مجموع جزئي لمتسلسلة تايلور لـ $f(x)$. BC فقط

هدف التعلم LIM-8.F: تفسير متسلسلات تايلور وماكلورين. BC فقط

  • LIM-8.F.1 متسلسلة ماكلورين لـ $\dfrac{1}{1-x}$ هي متسلسلة هندسية. BC فقط
  • LIM-8.F.2 متسلسلات ماكلورين لـ $\sin x$ و$\cos x$ و$e^x$ توفر الأساس لبناء متسلسلات ماكلورين لدوال أخرى. BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Extending a Taylor polynomial to infinitely many terms gives a Taylor (or Maclaurin) series. Memorize the key Maclaurin series:

$$e^x=\sum\frac{x^n}{n!},\quad \sin x=\sum\frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!},\quad \cos x=\sum\frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!},\quad \frac{1}{1-x}=\sum x^n.$$
New series come from manipulating these – substituting, differentiating, integrating, or multiplying.

Worked example. Find the Maclaurin series for $e^{x^2}$. Substitute $x^2$ for $x$ in $e^x=\sum\dfrac{x^n}{n!}$:

$$e^{x^2}=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(x^2)^n}{n!}=1+x^2+\frac{x^4}{2!}+\frac{x^6}{3!}+\cdots,$$
which converges for all $x$. This substitution trick is far faster than differentiating $e^{x^2}$ six times.

العربية

تمديد كثير حدود تايلور إلى عدد لا نهائي من الحدود يعطي متسلسلة تايلور (أو ماكلورين). احفظ متسلسلات ماكلورين الرئيسية:

$$e^x=\sum\frac{x^n}{n!},\quad \sin x=\sum\frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!},\quad \cos x=\sum\frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!},\quad \frac{1}{1-x}=\sum x^n.$$
تأتي المتسلسلات الجديدة من التلاعب بهذه – التعويض، الاشتقاق، التكامل، أو الضرب.

مثال محلول. أوجد متسلسلة ماكلورين لـ $e^{x^2}$. عوض $x^2$ لـ $x$ في $e^x=\sum\dfrac{x^n}{n!}$:

$$e^{x^2}=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(x^2)^n}{n!}=1+x^2+\frac{x^4}{2!}+\frac{x^6}{3!}+\cdots,$$
التي تتقارب لجميع $x$. هذه الحيلة التعويضية أسرع بكثير من اشتقاق $e^{x^2}$ ست مرات.

كل حد ماكلورين إضافي يعانق الدالة على نطاق أوسع
كل حد ماكلورين إضافي يعانق الدالة على نطاق أوسع
Explore · ⁨استكشف⁩

The function a Taylor series approximates · ⁨الدالة التي تقر بها متسلسلة تايلور⁩

y = asin(bx + c) + d

A Taylor series builds a function from its derivatives at a point; more terms hug the curve (here $\sin x$) over a wider range. · ⁨متسلسلة تايلور تبني دالة من مشتقاتها عند نقطة؛ semakin many terms hugging the curve (here $\sin x$) over a wider range.⁩

10.15

Representing Functions as Power Series · ⁨تمثيل الدوال كمتسلسلة قوى⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English

Enduring Understanding (LIM-8): Power series allow us to represent associated functions on an appropriate interval.

Learning Objective LIM-8.G: Represent a given function as a power series. BC ONLY

  • LIM-8.G.1 Using a known series, a power series for a given function can be derived using operations such as term-by-term differentiation or term-by-term integration, and by various methods (e.g., algebraic processes, substitutions, or using properties of geometric series). BC ONLY
العربية

فهم دائم (LIM-8): تسمح متسلسلات القوى بتمثيل الدوال المرتبطة بها على فترة مناسبة.

هدف التعلم LIM-8.G: تمثيل دالة معطاة كمتسلسلة قوى. BC فقط

  • LIM-8.G.1 باستخدام متسلسلة معلومة، يمكن اشتقاق متسلسلة قوى لدالة معينة باستخدام عمليات مثل الاشتقاق أو التكامل حدًا بحد، وبطرق مختلفة (مثل العمليات الجبرية، التعويضات، أو استخدام خصائص المتسلسلات الهندسية). BC فقط

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨المصدر: وصف دورة وامتحان College Board AP⁩

English

Because a power series can be differentiated and integrated term by term (within its radius), you can build new series from known ones – e.g. integrate the geometric series for $\dfrac{1}{1-x}$ to get the series for $-\ln(1-x)=\sum_{n\ge 1}\dfrac{x^n}{n}$, or substitute $-x^2$ to get the series for $\dfrac{1}{1+x^2}$. Representing a function as a power series lets you approximate values and integrals that have no elementary antiderivative.

Exam skill: the BC series free-response usually asks you to derive a new Maclaurin series from a known one, find its interval of convergence, and use the alternating-series or Lagrange bound to estimate the error – the capstone skills of the course.

العربية

نظرًا لأن المتسلسلة القوى يمكن تفاضلها وتكاملها حدًا بحد (ضمن نصف قطرها)، يمكنك بناء متسلسلات جديدة من المتسلسلات المعروفة – مثلاً، تكامل المتسلسلة الهندسية لـ $\dfrac{1}{1-x}$ للحصول على متسلسلة لـ $-\ln(1-x)=\sum_{n\ge 1}\dfrac{x^n}{n}$، أو التعويض بـ $-x^2$ للحصول على متسلسلة لـ $\dfrac{1}{1+x^2}$. تمثيل دالة كمتسلسلة قوى يتيح لك تقريب القيم والتكاملات التي لا تحتوي على مشتقات عكسية ابتدائية.

مهارة الامتحان: عادةً ما يطلب سؤال الاستجابة الحرة لمتسلسلات BC اشتقاق متسلسلة ماكلورين جديدة من متسلسلة معروفة، وإيجاد فترة تقاربها، واستخدام حد المتسلسلة المتناوبة أو لاغرانج لتقدير الخطأ – مهارات الذروة في المقرر.

10.15

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • Test a series for convergence with the right tool: geometric ($|r|<1$, sum $\tfrac{a}{1-r}$), $n$th-term, ratio, integral, comparison, or alternating-series test.
  • A geometric infinite sum converges only when $|r|<1$; otherwise it diverges.
  • Build a Taylor/Maclaurin series to approximate a function; more terms give a better fit near the centre.
  • Know the standard Maclaurin series for $e^x$, $\sin x$, $\cos x$, and $\tfrac{1}{1-x}$.
  • Find the radius/interval of convergence with the ratio test, then check the endpoints separately.
العربية
  • اختبر متسلسلة ما إذا كانت متقاربة باستخدام الأداة المناسبة: هندسية ($|r|<1$، مجموع $\tfrac{a}{1-r}$)، اختبار الحد النوني $n$، النسبي، التكامل، المقارنة، أو متسلسلة إشارية.
  • متسلسلة هندسية لانهائية تتقارب فقط عندما $|r|<1$؛ وإلا فإنها تتباعد.
  • بنية متسلسلة تايلور/ماكلورين لتقريب دالة؛ فكلما زادت الحدود كان التقريب أفضل قرب المركز.
  • تعرف على متسلسلات ماكلورين القياسية لـ $e^x$، $\sin x$، $\cos x$، و$\tfrac{1}{1-x}$.
  • أوجد نصف قطر/فترة التقارب باستخدام اختبار النسبة، ثم افحص الأطراف بشكل منفصل.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in AP Calculus BC · ⁨AP التفاضل والتكامل BC⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في AP Calculus BC · ⁨AP التفاضل والتكامل BC⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP