HateThisProblemРяд выглядит страшновато...
И, да, напрямую применить признак Дирихле не удается:
хотя частичные суммы для ряда 

  и будут равномерно ограничены, а оставшийся множитель и стремится равномерно к нулю - однако нет монотонности этого множителя.
  Однако, если влезть в д-во этого признака, видим: требование монотонности - можно ослабить (например, потребовав, чтоб в последовательности этой монотонность сменялась не более чем один (ну, или семь...) раз - хотя бы даже и местах, зависящих от 

). Тогда, может, получится? (и даже без разбиения на части?)