チェザロ総和とチェザロ平均の定義
チェザロ総和とチェザロ平均の定義
\[ s_{n}=\sum_{k=1}^{n}a_{k} \] の極限
\[ C=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}s_{j} \] が有限となるとき、\(\left(a_{n}\right)_{n\in\mathbb{N}}\)はチェザロ総和可能であるという。
また、この極限\(C\)を\(\left(a_{n}\right)_{n\in\mathbb{N}}\)のチェザロ総和またはチェザロ和という。
\[ m_{n}=\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}a_{n} \] をチェザロ平均という。
(1)チェザロ総和(チェザロ和)
数列\(\left(a_{n}\right)_{n\in\mathbb{N}}\)の最初の\(n\)項の部分和\[ s_{n}=\sum_{k=1}^{n}a_{k} \] の極限
\[ C=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}s_{j} \] が有限となるとき、\(\left(a_{n}\right)_{n\in\mathbb{N}}\)はチェザロ総和可能であるという。
また、この極限\(C\)を\(\left(a_{n}\right)_{n\in\mathbb{N}}\)のチェザロ総和またはチェザロ和という。
(2)チェザロ平均
数列\(\left(a_{n}\right)_{n\in\mathbb{N}}\)の最初の\(n\)項の相加平均\[ m_{n}=\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}a_{n} \] をチェザロ平均という。
チェザロ総和は、
\begin{align*} C & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}s_{j}\\ & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}\sum_{k=1}^{j}a_{k}\\ & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\sum_{j=k}^{n}a_{k}\\ & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\left(n-k+1\right)a_{k} \end{align*} となる。
\begin{align*} C & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}s_{j}\\ & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}\sum_{k=1}^{j}a_{k}\\ & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\sum_{j=k}^{n}a_{k}\\ & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\left(n-k+1\right)a_{k} \end{align*} となる。
\(a_{n}=\left(-1\right)^{n+1}\)とする。
このとき、和
\[ \sum_{k=1}^{\infty}a_{k}=\sum_{k=1}^{\infty}\left(-1\right)^{k+1} \] は収束しないがチェザロ総和は存在する。
チェザロ総和を求めるのに部分和を求めると、
\begin{align*} s_{n} & =\sum_{k=1}^{n}a_{k}\\ & =\sum_{k=1}^{n}\left(-1\right)^{n+1}\\ & =\frac{1}{2}+\frac{\left(-1\right)^{n+1}}{2} \end{align*} となり、チェザロ総和は
\begin{align*} C & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}s_{j}\\ & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}\left(\frac{1}{2}+\frac{\left(-1\right)^{j+1}}{2}\right)\\ & =\frac{1}{2}+\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}\left(\frac{\left(-1\right)^{j+1}}{2}\right)\\ & =\frac{1}{2}+\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\left(-\frac{1}{4}+\frac{\left(-1\right)^{n}}{4}\right)\\ & =\frac{1}{2} \end{align*} より、\(\frac{1}{2}\)となる。
この級数のチェザロ平均は、
\begin{align*} m_{n} & =\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}a_{n}\\ & =\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\left(-1\right)^{n+1}\\ & =\frac{1}{n}\left(\frac{1}{2}+\frac{\left(-1\right)^{n+1}}{2}\right)\\ & =\frac{1}{2n}\left(1+\left(-1\right)^{n+1}\right)\\ & =\frac{\mod\left(n,2\right)}{n} \end{align*} となる。
このとき、和
\[ \sum_{k=1}^{\infty}a_{k}=\sum_{k=1}^{\infty}\left(-1\right)^{k+1} \] は収束しないがチェザロ総和は存在する。
チェザロ総和を求めるのに部分和を求めると、
\begin{align*} s_{n} & =\sum_{k=1}^{n}a_{k}\\ & =\sum_{k=1}^{n}\left(-1\right)^{n+1}\\ & =\frac{1}{2}+\frac{\left(-1\right)^{n+1}}{2} \end{align*} となり、チェザロ総和は
\begin{align*} C & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}s_{j}\\ & =\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}\left(\frac{1}{2}+\frac{\left(-1\right)^{j+1}}{2}\right)\\ & =\frac{1}{2}+\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}\left(\frac{\left(-1\right)^{j+1}}{2}\right)\\ & =\frac{1}{2}+\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}\left(-\frac{1}{4}+\frac{\left(-1\right)^{n}}{4}\right)\\ & =\frac{1}{2} \end{align*} より、\(\frac{1}{2}\)となる。
この級数のチェザロ平均は、
\begin{align*} m_{n} & =\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}a_{n}\\ & =\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}\left(-1\right)^{n+1}\\ & =\frac{1}{n}\left(\frac{1}{2}+\frac{\left(-1\right)^{n+1}}{2}\right)\\ & =\frac{1}{2n}\left(1+\left(-1\right)^{n+1}\right)\\ & =\frac{\mod\left(n,2\right)}{n} \end{align*} となる。
ページ情報
| タイトル | チェザロ総和とチェザロ平均の定義 |
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上限定理・下限定理
実数では上に有界ならば上限が存在する。
絶対収束する級数は収束する
\[
\sum_{k=1}^{\infty}\left|\alpha_{n}\right|<\infty\Rightarrow\sum_{k=1}^{\infty}\alpha_{n}\text{は収束する}
\]
無限正項級数は順序変更出来る
無限正項級数は順序変更できる。
条件収束と絶対収束の定義
数列$\left\{ a_{n}\right\} $の各項$a_{n}$の絶対値をとった総和が$\sum_{k=1}^{\infty}\left|a_{n}\right|<\infty$となるとき、$\sum_{k=1}^{\infty}a_{n}$は絶対収束するという。