2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки


Правила форума


В этом разделе нельзя создавать новые темы.

Если Вы хотите задать новый вопрос, то не дописывайте его в существующую тему, а создайте новую в корневом разделе "Помогите решить/разобраться (М)".

Если Вы зададите новый вопрос в существующей теме, то в случае нарушения оформления или других правил форума Ваше сообщение и все ответы на него могут быть удалены без предупреждения.

Не ищите на этом форуме халяву, правила запрещают участникам публиковать готовые решения стандартных учебных задач. Автор вопроса обязан привести свои попытки решения и указать конкретные затруднения.

Обязательно просмотрите тему Правила данного раздела, иначе Ваша тема может быть удалена или перемещена в Карантин, а Вы так и не узнаете, почему.



Начать новую тему Ответить на тему
 
 a sequence sin(n) diverges
Сообщение22.01.2012, 22:48 
Аватара пользователя


01/12/06
760
рм
This is a problem from a school textbook.
How to prove that the sequence $<\sin n>_{n\geqslant1}$ diverges? I have been thinking that among the numbers $\sin n,\ \sin(n+1)\ \sin(n+2)\ \sin(n+3)$ there is some negative. Is there any simple proof of it. If first three are positive then fourth is negative? Also I do not know what to say if zero is not the limit.

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение23.01.2012, 00:13 
Аватара пользователя


01/12/06
760
рм
I have read some part about the sequence $<\sin n^\circ>$ that if it had a limit than it would have been that $\mid\sin n_1-\sin n_2\mid<\frac12$ And it follows ... but in our sequence there are terms with difference between them larger than $\frac12$. This explanation has not satisfied me.

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение23.01.2012, 09:59 
Аватара пользователя


01/12/06
760
рм
After a little correction I arrive to here: If $\sin n>0$ and $\sin(n+2)>0$, then $\sin(n+4)<0$.
Proof. Suppose $\sin n>0$ and $\sin(n+2)>0$. Then $0<\sin(n+2)=\sin n\cos 2+\cos n\sin 2$. Then $\cos n>0$. It follows $\sin(n+4)=\sin n\cos 4+\cos n\sin 4<0$.

So the limit can be neither positive nor negative. Zero case pending.

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение23.01.2012, 12:51 
Заслуженный участник


09/09/10
3729
gefest_md в сообщении #530217 писал(а):
So the limit can be neither positive nor negative.

Why is it so? What if $\sin n>0$, $\sin (n+2)>0$ holds only for a finite number of $n$'s? Then you can throw away a finiite number of members and end with a possibly converging sequence.

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение23.01.2012, 14:56 
Аватара пользователя


01/12/06
760
рм
yes it was my wrong idea. but i have found some solution. time out

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение23.01.2012, 22:12 
Аватара пользователя


01/12/06
760
рм
Is it true that from this:
gefest_md в сообщении #530217 писал(а):
If $\sin n>0$ and $\sin(n+2)>0$, then $\sin(n+4)<0$.

follows $\forall N\in\mathbb{N}\exists n\in\mathbb{N}(n\geqslant N\,\&\,\sin n<0)$?
If so then I think sequence can not have positive limit.

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение24.01.2012, 00:30 
Аватара пользователя


01/12/06
760
рм
I am not sure for the moment that I can solve initial problem, but I am going to try to show that if it is true that

If $\sin n>0$ and $\sin(n+2)>0$, then $\sin(n+4)<0$

then

$\forall N\in\mathbb{N}\exists n\in\mathbb{N}(n\geqslant N\,\&\,\sin n<0)$

Suppose $N$ is arbitrary. Then I examine a structure of cases

(I) $\sin N<0$. Then there is an $n=N$ such that $n\geqslant N$ and $\sin n<0$.

(II) $\sin N>0$. Then I add two more subcases:

(1) $\sin(N+2)<0$. Then there is an $n=N+2$ such that $n\geqslant N$ and $\sin n<0$.

(2) $\sin(N+2)>0$. Then by the proposition from above $\sin(N+4)<0$. Thus there is an $n=N+4$ such that $n\geqslant N$ and $\sin n<0$.

Now I do not know what follows. I just stoped.

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение24.01.2012, 01:01 


15/01/09
549
Pass to the limit in $\sin(n+1) = \sin(n)\cos(1)+\cos(n)\sin(1)$.

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение24.01.2012, 01:48 
Заслуженный участник


09/08/09
3438
С.Петербург
Assume that $\{\sin n\}$ converges, then it's fundamental, then

$(\forall \varepsilon > 0)( \exists N > 0)(\forall n > N) |\sin (n+2) - \sin n| < \varepsilon$

$\text{Now, try to find} \lim \limits_{n\to\infty} \cos n ~~\text{and} \lim \limits_{n\to\infty} \sin n$

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение25.01.2012, 01:19 
Аватара пользователя


01/12/06
760
рм
Nimza в сообщении #530540 писал(а):
Pass to the limit in $\sin(n+1) = \sin(n)\cos(1)+\cos(n)\sin(1)$.

I understand this as a solution of zero limit.

Maslov в сообщении #530543 писал(а):
Assume that $\{\sin n\}$ converges, then it's fundamental, then

$(\forall \varepsilon > 0)( \exists N > 0)(\forall n > N) |\sin (n+2) - \sin n| < \varepsilon$

$\text{Now, try to find} \lim \limits_{n\to\infty} \cos n ~~\text{and} \lim \limits_{n\to\infty} \sin n$


Cauchy sequence intrigues me. For the rest I can not apply this hint. But I said earlier I found a solution from some other place. Here it is

$$\lim_{n\to\infty}\sin n=a$$ Then obviously
$$\lim_{n\to\infty}\sin(2n)=a$$ Then
$$\lim_{n\to\infty}\cos n=\sqrt{1-a^2}$$ (I understand it is one case) Then
$$\lim_{n\to\infty}\cos(2n)=\sqrt{1-a^2}$$

Then on one hand
$$a=\lim_{n\to\infty}\sin(2n)=\lim_{n\to\infty}(2\sin n\cos n)=2a\sqrt{1-a^2}$$
$$a\in\left\{\frac{\sqrt{3}}{2},\ -\frac{\sqrt{3}}{2}\right\}$$

and on other hand
$$\sqrt{1-a^2}=\lim_{n\to\infty}\cos(2n)=\lim_{n\to\infty}(\cos^2n-\sin^2n)=1-a^2-a^2=1-2a^2$$
$$1-2a^2>0\ \Leftrightarrow\ a^2<\frac12\ \Leftrightarrow\ a\in\left(-\frac{\sqrt{2}}{2},\ \frac{\sqrt{2}}{2}\right)$$

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение25.01.2012, 16:14 
Заслуженный участник


09/08/09
3438
С.Петербург
gefest_md в сообщении #530915 писал(а):
Cauchy sequence intrigues me. For the rest I can not apply this hint.

$|\sin(n+2) - \sin n| = 2 \sin 1 ~|\cos (n+1)| < \varepsilon \Rightarrow \lim \limits_{n\to\infty} \cos n = 0$

$\cos (n+1) = \cos n \cos 1 - \sin n \sin 1 \Rightarrow $
$\lim\limits_{n\to\infty} \sin n = \dfrac 1 {\sin 1} (\cos 1 \lim\limits_{n\to\infty}\cos n - \lim\limits_{n\to\infty}\cos(n+1)) = 0$

So if $\{\sin n\}$ converges, then both $\{\sin n\}$ and $\{\cos n\}$ converge to $0$, that leads to the contradiction $\lim\limits_{n\to\infty}(\sin^2 n + \cos^2 n) = 0$

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение25.01.2012, 16:25 


10/02/11
6786
The substance of the problem has been remained out of the sight

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение26.01.2012, 01:48 
Аватара пользователя


01/12/06
760
рм
Oleg Zubelevich в сообщении #531155 писал(а):
The substance of the problem has been remained out of the sight

What do you mean? One might like how I prooved that limit cannot be positive if it is demanded not to pass to limit and not to appeal to the graphic of sine.

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение26.01.2012, 07:57 


10/02/11
6786
now prove that a set $\{n\pmod{2\pi},\quad n\in\mathbb{N}\}$ is dense in $[0,2\pi]$

 Профиль  
                  
 
 Re: a sequence diverges
Сообщение26.01.2012, 08:12 
Заслуженный участник


11/05/08
32166
Maslov в сообщении #531144 писал(а):
$\cos (n+1) = \cos n \cos 1 - \sin n \sin 1 \Rightarrow $
$\lim\limits_{n\to\infty} \sin n = \dfrac 1 {\sin 1} (\cos 1 \lim\limits_{n\to\infty}\cos n - \lim\limits_{n\to\infty}\cos(n+1)) = 0$

Лучше так:

$|\cos(n+2) - \cos n| = 2 \sin 1 ~|\sin (n+1)|\to0\ \Rightarrow \ \lim \limits_{n\to\infty} \sin n = 0$

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 15 ] 

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group