Das Kefk Network Wiki befindet sich im Testbetrieb.


Leibniz-Kriterium

Aus Kefk.

Wechseln zu: Navigation, Suche

Das Leibniz-Kriterium (nach Gottfried Wilhelm Leibniz) ist ein mathematisches Konvergenzkriterium, also Mittel zur Entscheidung, ob eine unendliche Reihe konvergiert.

Bild:Alt Reihe.png
Eine alternierende Reihe

Sei (an) mit n \in \mathbb{N} eine monoton fallende, reelle Nullfolge, dann konvergiert die unendliche alternierende Reihe


s = \sum_{n=0}^\infty (-1)^n a_n \,
.

Beachte: Es genügt nicht, dass (an) nur eine Nullfolge ist, die Monotonie ist notwendig für dieses Kriterium. Betrachte z.B. dieses Gegenbeispiel:


a_n =
 \begin{cases} 0 & \mathrm{falls}\ n=0 \\
 \frac{2}{n} & \mathrm{falls}\ 0\ne n\ \mathrm{gerade}\\
 \frac{4}{(n+1)^2} & \mathrm{falls}\ n\ \mathrm{ungerade}
\end{cases} \,

Die Reihe S mit diesen Koeffizienten hat als positive Terme die harmonische Reihe, die divergiert, und als negative Terme die Reihe der reziproken Quadrate, die konvergiert. Insgesamt ist diese Reihe also divergent.

Das Leibniz-Kriterium liefert eine Abschätzung für den Grenzwert, denn bei derartig alternierenden Reihen liegt der Grenzwert immer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Partialsummen. Sei sk die k-te Partialsumme der Folge,


s_k = \sum_{n=0}^k (-1)^n a_n \,
.

Dann gilt für alle l \in \mathbb{N}:


s_{2l-1} \le s \le s_{2l} \,
.

Es gibt zudem noch eine Fehlerabschätzung, d.h. eine Abschätzung des Restglieds der Summe nach N Summanden:


|S-S_N| = |\sum_{n=N+1}^\infty (-1)^n a_n| \le a_{N+1} \,
.

Beispiele

Häufig genannte Beispiele von Reihen, deren Konvergenz mit dem Leibniz-Kriterium gezeigt werden kann, sind etwa die alternierende harmonische Reihe

1-\frac12+\frac13-\frac14+\frac15-+\dots=\sum_{n = 1}^\infty \frac{(-1)^{n + 1}}{n} = \ln 2

sowie die Leibniz-Reihe

1 - \frac{1}{3} + \frac{1}{5} - \frac{1}{7} + \frac{1}{9} - \dots = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{2n+1} = \frac{\pi}{4}.

Man beachte, dass sich aus dem Leibniz-Kriterium nur ergibt, dass diese Reihen konvergieren, über den genauen Grenzwert macht es keine Aussagen.

Weblinks

Persönliche Werkzeuge