Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Infinite Sequences and Series · ⁨סדרות אינסופיות וסכומים⁩

AP Calculus BC · ⁨קלקולוס BC - AP⁩ · Topic 10 · ⁨נושא 10⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
8:20

סדרות אינסופיות

האם ניתן להוסיף מספרים אינסופיים ולקבל תוצאה סופית? באופן מפתיע, כן. אם מחברים לנצח, לעיתים הסכום הולך ומתרחב לאינסוף — אך לעיתים הוא…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

10.1

Defining Convergent and Divergent Infinite Series · ⁨הגדרת סדרות אינסופיות מתכנסות ומתפצלות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.1 הסכום החלקי ה$n$ מוגדר כסכום $n$ האיברים הראשונים של סדרה. רק BC
  • LIM-7.A.2 סדרה אינסופית של מספרים מתכנסת למספר ממשי $S$ (או שיש לה סכום $S$), אם ורק אם הגבול של רצף הסכומים החלקיים שלה קיים ושווה ל$S$. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית
בובות מצטיבה בתוך בובה: סדרה אינסופית ממשיכה להוסיף איברים — חלקם מתכנסים, חלקם מתפצלים
בובות מצטיבה בתוך בובה: סדרה אינסופית ממשיכה להוסיף איברים — חלקם מתכנסים, חלקם מתפצלים

סדרה אינסופית מוסיפה איברים אינסופיים, $\sum_{n=1}^\infty a_n$. הערך שלה מוגדר כגבול ה-סכמים חלקיים $S_N=a_1+a_2+\cdots+a_N$. אם $S_N$ שואף למספר סופי $L$, הסדרה מתכנסת ל$L$; אחרת היא מתפצלת. כל שאלת התכנסות היא למעשה שאלה לגבי הגבול של הסכמים חלקיים.

הסכמים חלקיים של סדרה גיאומטרית מתכנסת עולים לעבר a מעל 1 מינוס r
עבור הסדרה הגיאומטרית עם $a=1,\ r=\tfrac12$, הסכמים חלקיים $S_1,S_2,S_3,\dots$ עולים לעבר הגבול $\dfrac{a}{1-r}=2$ – גבול זה הוא ערך הסדרה.
Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
infinite series/ˈɪnfɪnət ˈsɪəriːz/ סדרה אינסופית
partial sums/ˈpɑːʃl sʌmz/ סכומים חלקיים
converges/kənˈvɜːdʒɪz/ מתכנס
diverges/daɪˈvɜːdʒɪz/ מתפזר
geometric series/ˌdʒiːəʊˈmetrɪk ˈsɪəriːz/ סדרה גיאומטרית
integral test/ˈɪntɪɡrəl test/ בדיקת אינטגרל
harmonic series/hɑːˈmɒnɪk ˈsɪəriːz/ הסדרה ההרמונית
Direct comparison/daɪˈrekt kəmˈpærɪsn/ השוואה ישירה
Limit comparison/ˈlɪmɪt kəmˈpærɪsn/ השוואת גבול
alternating series/ˈɔːltəneɪtɪŋ ˈsɪəriːz/ סדרות תנודתיות
ratio test/ˈreɪʃɪəʊ test/ בדיקת יחס
converges absolutely/kənˈvɜːdʒɪz ˌæbsəˈluːtli/ מתכנס מוחלט
converges conditionally/kənˈvɜːdʒɪz kənˈdɪʃənəli/ מתכנס תנאי
10.2

Working with Geometric Series · ⁨עבודה עם סדרות גיאומטריות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.3 סדרה גיאומטרית היא סדרה בעלת יחס קבוע בין איברים עוקבים. רק BC
  • LIM-7.A.4 אם $a$ הוא מספר ממשי ו$r$ הוא מספר ממשי כך ש$|r| < 1$, אזי הסדרה הגיאומטרית $\sum_{n=0}^{\infty} ar^n = \dfrac{a}{1-r}$. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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 $\dfrac{a}{1-r}=\dfrac{3}{1-\tfrac12}=6$.

עברית
סדרה גיאומטרית & התכנסות

סדרה גיאומטרית $\sum ar^{n}$ יש לה יחס קבוע $r$ בין איברים. היא מתכנסת בדיוק כאשר $|r|<1$, ואז

$$\sum_{n=0}^\infty ar^n=\frac{a}{1-r}.$$
זוהי הסדרה היחידה שסכומה ניתן לחישוב מדויק, והיא מהווה בסיס לסדרות כוח במשך היתר בחלק זה.

דוגמה מופת. סכום $3+\tfrac32+\tfrac34+\tfrac38+\cdots$. כאן $a=3$ ו-$r=\tfrac12$ (עם $|r|<1$), ולכן הסכום הוא $\dfrac{a}{1-r}=\dfrac{3}{1-\tfrac12}=6$.

סדרה גיאומטרית מכפילה ביחס זהה בכל שלב
סדרה גיאומטרית מכפילה ביחס זהה בכל שלב
Explore · ⁨חקור⁩

When a geometric series converges · ⁨כאשר סדרה גיאומטרית מתכנסת⁩

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. · ⁨סדרה גיאומטרית $\sum ar^n$ מתכנסת רק כאשר $|r|<1$, ומתכנסת לסכום $\frac{a}{1-r}$. שינוי היחס וצפו אם הסכומים החלקיים מתבססים או מתפוצצים.⁩

10.3

The nth Term Test for Divergence · ⁨מבחן האיבר ה-n להתכנסות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.5 מבחן האיבר ה$n$ הוא מבחן להתבדרות של סדרה. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

אם האיברים אינם מתקרבים לאפס, הסכום לא יכול להתייצב: אם $\lim_{n\to\infty}a_n\neq0$, הסדרה מתבדרת. מבחן זה משמש רק לבדיקת התבדרות – אם האיברים כן שואפים לאפס, המבחן אינו מחליט (ייתכן שהסדרה עדיין תתבדר, כמו בסדרה ההרמונית). תמיד בדוק מבחן זה מהיר תחילה.

10.4

Integral Test for Convergence · ⁨מבחן האינטגרל להתכנסות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.6 מבחן האינטגרל הוא שיטה לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפצלת. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

אם $a_n=f(n)$ עבור פונקציה חיובית, יורדת ורציפה $f$, אזי $\sum a_n$ ו-$\int_1^\infty f(x)\,dx$ מתכנסות או מתבדרות שתיהן. מבחן האינטגרל ממיר שאלה על סדרה לשאלה על אינטגרל רגיל, והוא מה שמוכיח את כלל סדרות ה-p למטה.

10.5

Harmonic Series and p-Series · ⁨סדרה הרמונית וסדרות p⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.7 מעבר לסדרות גיאומטריות, סדרות מספרים נפוצות כוללות את הסדרה ההרמונית, הסדרה ההרמונית המעורבת והסדרה $p$. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

סדרה p $\sum \dfrac{1}{n^p}$ מתכנסת אם $p>1$ ומתבדרת אם $p\le1$. המקרה המיוחד $p=1$, $\sum\dfrac1n$, הוא הסדרה ההרמונית – היא מתבדרת גם אם איבריה שואפים לאפס (עובדה מפורסמת וחיונית לדעת). משפחת סדרות ה-p היא מדד תקני למבחני השוואה.

10.6

Comparison Tests for Convergence · ⁨מבחני השוואה להתכנסות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.8 מבחן ההשוואה הוא שיטה לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפצלת. רק BC
  • LIM-7.A.9 מבחן ההשוואה בגבול הוא שיטה לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפצלת. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.
עברית

השוו סדרה לא נודעת לסדרה ידועה (סדרת p או סדרה גיאומטרית):

  • השוואה ישירה: אם $0\le a_n\le b_n$ ו-$\sum b_n$ מתכנסת, גם $\sum a_n$ מתכנסת; אם $a_n\ge b_n\ge0$ ו-$\sum b_n$ מתבדרות, גם $\sum a_n$ מתבדרת.
  • השוואת גבול: אם $\lim\dfrac{a_n}{b_n}$ הוא מספר חיובי סופי, שתי הסדרות יתנהגו באותו אופן. זה קל יותר כאשר האיברים רק מתנהגים כמו סדרה ידועה.
10.7

Alternating Series Test for Convergence · ⁨מבחן הסדרה המתחלפת להתכנסות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.10 מבחן הסדרה המעורבת הוא שיטה לקבוע האם סדרה מעורבת מתכנסת. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

סדרה מתחלפת היא סדרה שבה האיברים משנים סימן, $\sum(-1)^n b_n$. היא מתכנסת אם ה-$b_n$ הם חיוביים, יורדים ושואפים ל-$\lim b_n=0$. דבר זה מאפשר לסדרות כמו $\sum\dfrac{(-1)^n}{n}$ להתכנס גם אם אותם איברים ללא הסימנים (הסדרה ההרמונית) מתבדרים.

10.8

Ratio Test for Convergence · ⁨מבחן היחס להתכנסות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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.
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.11 מבחן היחס הוא שיטה לקבוע האם סדרת מספרים מתכנסת או מתפצלת. רק BC
    • הצהרת חריגה: מבחן האיבר ה-n להתפצלות, ומבחני האינטגרל, ההשוואה, ההשוואה בגבול, הסדרה המעורבת והיחס להתכנסות נבדקים במבחן AP קלקולוס BC. שיטות אחרות אינן נבדקות במבחן. עם זאת, מורים עשויים לכלול שיטות נוספות בקורס, אם יש להם זמן.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

מבחן היחס בודק את $L=\lim_{n\to\infty}\left|\dfrac{a_{n+1}}{a_n}\right|$:

  • $L<1$: הסדרה מתכנסת מוחלט;
  • $L>1$: היא מתבדרת;
  • $L=1$: לא חד-משמעי.

זהו המבחן הנפוץ ביותר לסדרות עם פקטוריאלים או $n$ מערכות, והוא בדיוק האופן שבו מוצאים את רדיוס ההתכנסות של סדרה חזקות.

דוגמה מופרשת. נבדוק את $\displaystyle\sum \frac{n}{2^n}$. היחס הוא $\left|\dfrac{a_{n+1}}{a_n}\right|=\dfrac{n+1}{2^{n+1}}\cdot\dfrac{2^n}{n}=\dfrac{n+1}{2n}\to\dfrac12<1$, ולכן הסדרה מתכנסת.

10.9

Determining Absolute or Conditional Convergence · ⁨קביעת התכנסות מוחלטת או תנאיית⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.A: לקבוע האם סדרה מתכנסת או מתפשטת. רק BC

  • LIM-7.A.12 סדרה עשויה להיות מתכנסת מוחלטת, מתכנסת תנאיית או מתפצלת. רק BC
  • LIM-7.A.13 אם סדרה מתכנסת מוחלטת, אז היא מתכנסת. רק BC
  • LIM-7.A.14 אם סדרה מתכנסת מוחלטת, אז כל סדרה שנובעת ממנה על ידי קיבוצים מחודשים או טיוטת איברים תהיה בעלת אותה ערך. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

סדרה מתכנסת מוחלטת אם $\sum|a_n|$ מתכנסת. היא מתכנסת תנאיית אם $\sum a_n$ מתכנסת אך $\sum|a_n|$ מתפשטת (הדוגמה הקלאסית היא $\sum\dfrac{(-1)^n}{n}$). התכנסות מוחלטת היא תכונה חזקה יותר; התכנסות תנאיית מסתמכת על ביטול סימנים.

10.10

Alternating Series Error Bound · ⁨גבול טעות בסדרה משתנה סימן⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-7): שימוש בגבולות יכול לאפשר לנו לחשב סכום סופי של אינסוף איברים.

מטרת למידה LIM-7.B: לקרוב את סכום הסדרה. רק BC

  • LIM-7.B.1 אם סדרה סימן-חלופית מתכנסת לפי בדיקת הסימן-החלופי, ניתן להשתמש בגביל השגיאה לסדרה זו כדי לגבול עד כמה הסכום החלקי רחוק מערך הסדרה האינסופית. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

לסדרה משתנה סימן מתכנסת, הטעות בעצירה בסיכום חלקי ה-$N$ אינה גדולה מהאיבר הראשון שנעזב:

$$|S-S_N|\le b_{N+1}.$$
גבול פשוט וחזק זה מאפשר לקבוע כמה איברים מבטיחים דיוק רצוי.

10.11

Finding Taylor Polynomial Approximations of Functions · ⁨מציאת קירובים של פולינומי טיילור לפונקציות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-8): סדרות כוח מאפשרות לנו לייצג פונקציות הקשורות להן בתחום מתאים.

מטרת למידה LIM-8.A: לייצג פונקציה בנקודה כפולינום טיילור. רק BC

  • LIM-8.A.1 המקדם של האיבר בדרגה ה$n$ בפולינום טיילור עבור פונקציה $f$ הממוקד ב$x = a$ הוא $\dfrac{f^{(n)}(a)}{n!}$. רק BC
  • LIM-8.A.2 במקרים רבים, ככל שהדרגה של פולינום טיילור עולה, הפולינום בדרגה ה$n$ יתקרב לפונקציה המקורית בתחום כלשהו. רק BC

מטרת למידה LIM-8.B: לקרוב ערכי פונקציה באמצעות פולינום טיילור. רק BC

  • LIM-8.B.1 פולינומי טיילור עבור פונקציה $f$ הממוקדים ב$x = a$ יכולים לשמש לקירוב ערכי פונקציה של $f$ בקרבת $x = a$. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית
קירוב סדרת טיילור

פולינום טיילור מקרב פונקציה בקרבת מרכז $x=a$ באמצעות הנגזרות שלה שם:

$$P_n(x)=\sum_{k=0}^{n}\frac{f^{(k)}(a)}{k!}(x-a)^k.$$
כל איבר נוסף תואם נגזרת נוספת, כך שהפולינום עוטף את העקומה בצורה צמודה יותר בקרבת $a$. כאשר המרכז הוא $a=0$, מדובר ב-פולינום מקלורן.

פולינומי טיילור של sin x עוטפים את העקומה בצורה צמודה ככל שהמעלה גדלה
פולינומי המקלורן של $\sin x$ – $T_1=x$, $T_3$, $T_5$ – כל אחד מהם תואם נגזרת נוספת ב-$0$, ולכן כל אחד עוטף את $\sin x$ בטווח רחב יותר לפני שהוא מתנתק.

מיומנות לבחינה: יכולת לבנות פולינום טיילור מתוך טבלת ערכי נגזרות ולהשתמש בו להערכת ערך פונקציה.

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
Taylor polynomial/ˈteɪlə ˌpɒlɪˈnəʊmɪəl/ פולינום טיילור
Lagrange error bound/ˈlæɡreɪndʒ ˈerə baʊnd/ גבול שגיאת לאג'רנג'
power series/ˈpaʊə ˈsɪəriːz/ סדרת חזקות
radius of convergence/ˈreɪdɪəs ɒv kənˈvɜːdʒəns/ רדיוס התכנסות
interval of convergence/ˈɪntəvl ɒv kənˈvɜːdʒəns/ מרווח התכנסות
10.12

Lagrange Error Bound · ⁨גבול טעות לאגראנג'⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-8): סדרות כוח מאפשרות לנו לייצג פונקציות הקשורות להן בתחום מתאים.

מטרת למידה LIM-8.C: לקבוע את גביל השגיאה הקשור לקירוב על ידי פולינום טיילור. רק BC

  • LIM-8.C.1 ניתן להשתמש בגביל שגיאת לאג'ראנז' כדי לקבוע תחום מקסימלי לשגיאה של קירוב פולינום טיילור לפונקציה. רק BC
  • LIM-8.C.2 במצבים מסוימים, ניתן להשתמש בגביל השגיאה לסדרה סימן-חלופית כדי לגבול את השגיאה של קירוב פולינום טיילור לערך הפונקציה. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

גבול טעות לאגראנג' מגדיד עד כמה פולינום טיילור יכול להיות רחוק מהערך האמיתי:

$$|R_n(x)|\le\frac{\max\big|f^{(n+1)}(z)\big|}{(n+1)!}\,|x-a|^{\,n+1}.$$
אנחנו מגדילים את ה-$(n+1)$ הנגזרת בטווח, ולאחר מכן מחשבים – השיטה הסטנדרטית להוכיח שמערכת טיילור מדויקת מספיק.

10.13

Radius and Interval of Convergence of Power Series · ⁨רדיוס וטווח ההתכנסות של סדרות חזקות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-8): סדרות כוח מאפשרות לנו לייצג פונקציות הקשורות להן בתחום מתאים.

מטרת למידה LIM-8.D: לקבוע את רדיוס התכנסות ותחום התכנסות עבור סדרת כוח. רק BC

  • LIM-8.D.1 סדרת חזקות היא סדרה מהצורה $\sum_{n=0}^{\infty} a_n (x-r)^n$, כאשר $n$ הוא מספר שלם לא שלילי, $\{a_n\}$ היא סדרה של מספרים ממשיים, ו$r$ הוא מספר ממשי. רק BC
  • LIM-8.D.2 אם סדרת חזקות מתכנסת, היא או מתכנסת בנקודה אחת בלבד, או יש לה תחום התכנסות. רק BC
  • LIM-8.D.3 ניתן להשתמש במבחן היחס כדי לקבוע את רדיוס ההתכנסות של סדרת חזקות. רק BC
  • LIM-8.D.4 רדיוס ההתכנסות של סדרת חזקות יכול לשמש לזיהוי תחום פתוח שבו הסדרה מתכנסת, אך נדרש לבדוק גם את קצוות התחום כדי לקבוע את תחום ההתכנסות. רק BC
  • LIM-8.D.5 אם לסדרת חזקות יש רדיוס התכנסות חיובי, אזי סדרת החזקות היא סדרת טיילור של הפונקציה אליה היא מתכנסת בתחום הפתוח. רק BC
  • LIM-8.D.6 רדיוס ההתכנסות של סדרת חזקות שהושגה על ידי גזירה איבר-אחר-איבר או אינטגרציה איבר-אחר-איבר זהה לרדיוס ההתכנסות של סדרת החזקות המקורית. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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 $[-1,1)$.

עברית

סדרת חזקות $\sum c_n(x-a)^n$ מתכנסת עבור $x$ בתוך רדיוס התכנסות $R$ מהמרכז $a$. מצאו את $R$ באמצעות מבחן היחס. לאחר מכן, בדקו את שני נקודות הקצה בנפרד (מבחן היחס לא חד-משמעי שם) כדי לנסח את טווח ההתכנסות המלא – כולל או לא כולל כל נקודת קצה.

דוגמה מופרשת. מצאו את רדיוס ההתכנסות של $\displaystyle\sum \frac{x^n}{n}$. מבחן היחס נותן $\left|\dfrac{x^{n+1}}{n+1}\cdot\dfrac{n}{x^n}\right|=|x|\dfrac{n}{n+1}\to|x|$, שהוא $<1$ כאשר $|x|<1$, ולכן $R=1$. בבדיקת נקודות הקצה, $x=-1$ נותן את סדרת הלוגריתמים המשנית המתכנסת ו-$x=1$ את סדרת הלוגריתמים המתפשטת, ולכן הטווח הוא $[-1,1)$.

10.14

Finding Taylor or Maclaurin Series for a Function · ⁨מציאת סדרת טיילור או מקלורין לפונקציה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-8): סדרות כוח מאפשרות לנו לייצג פונקציות הקשורות להן בתחום מתאים.

מטרת למידה LIM-8.E: ייצוג פונקציה כסדרת טיילור או כסדרת מקלורין. רק BC

  • LIM-8.E.1 פולינום טיילור עבור $f(x)$ הוא סכום חלקי של סדרת טיילור עבור $f(x)$. רק BC

מטרת למידה LIM-8.F: פרשנות סדרות טיילור וסדרות מקלורין. רק BC

  • LIM-8.F.1 סדרת מקלורין עבור $\dfrac{1}{1-x}$ היא סדרה גיאומטרית. רק BC
  • LIM-8.F.2 סדרות המקלורין עבור $\sin x$, $\cos x$, ו$e^x$ מספקות את הבסיס לבניית סדרות מקלורין לפונקציות אחרות. רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

הרחבת פולינום טיילור למספר אינסופי של איברים נותנת סדרת טיילור (או מקלורין). יש לזכור את סדרות המקלורין המרכזיות:

$$e^x=\sum\frac{x^n}{n!},\quad \sin x=\sum\frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!},\quad \cos x=\sum\frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!},\quad \frac{1}{1-x}=\sum x^n.$$
סדרות חדשות נוצרות על ידי עריכה של סדרות אלו – החלפה, גזירה, אינטגרציה או כפל.

דוגמה מפורטת. מצאו את סדרת המקלורין עבור $e^{x^2}$. הצביעו $x^2$ במקום $x$ ב$e^x=\sum\dfrac{x^n}{n!}$:

$$e^{x^2}=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(x^2)^n}{n!}=1+x^2+\frac{x^4}{2!}+\frac{x^6}{3!}+\cdots,$$
שהיא מתכנסת עבור כל $x$. טריק ההצבה הזה מהיר משמעותית מגזירה חוזרת של $e^{x^2}$ שישה פעמים.

כל איבר מקלורין נוסף עוטף את הפונקציה בטווח רחב יותר
כל איבר מקלורין נוסף עוטף את הפונקציה בטווח רחב יותר
Explore · ⁨חקור⁩

The function a Taylor series approximates · ⁨הפונקציה שהסדרה טאילור מקריבה⁩

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. · ⁨סדרת טאילור בונה פונקציה מהנגזרות שלה בנקודה; יותר איברים עוטפים את העקומה (כאן $\sin x$) על פני טווח רחב יותר.⁩

10.15

Representing Functions as Power Series · ⁨ייצוג פונקציות כסדרת כוחות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית

הבנה מתמשכת (LIM-8): סדרות כוח מאפשרות לנו לייצג פונקציות הקשורות להן בתחום מתאים.

מטרת למידה LIM-8.G: ייצוג פונקציה נתונה כסדרת חזקות. רק BC

  • LIM-8.G.1 באמצעות סדרה ידועה, ניתן לגזור סדרת חזקות לפונקציה נתונה באמצעות פעולות כמו גזירה איבר-אחר-איבר או אינטגרציה איבר-אחר-איבר, ובאמצעות שיטות שונות (למשל, תהליכים אלגבריים, הצבות, או שימוש בתכונות של סדרות גיאומטריות). רק BC

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של 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.

עברית

מכיוון שסדרת כוחות ניתן לגזור ולאינטגרל אחר-לאחר (בתוך רדיוס ההתכנסות), ניתן לבנות סדרות חדשות מסדרות ידועות – לדוגמה, לאינטגרל את סדרת הגיאומטרית עבור $\dfrac{1}{1-x}$ כדי לקבל את הסדרה עבור $-\ln(1-x)=\sum_{n\ge 1}\dfrac{x^n}{n}$, או להציע $-x^2$ כדי לקבל את הסדרה עבור $\dfrac{1}{1+x^2}$. ייצוג פונקציה כסדרת כוחות מאפשר לחשב הערכים ואינטגרלים שאין להם קדמתית אלמנטרית.

מיומנות לבחינה: בשאלת התשובה הקצובה בסדרת BC בדרך כלל מבקשים ממך לגזור סדרת מקלורין חדשה מסדרה ידועה, למצוא את תחום ההתכנסות שלה, ולהשתמש במבחן הסדרה המתחלפת או בגבול לגראנז' כדי להעריך את השגיאה – זוהי מיומנות השיא בקורס.

10.15

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

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.
עברית
  • בדיקו סדרה לקבלת התכנסות עם הכלי הנכון: גיאומטרי ($|r|<1$, סכום $\tfrac{a}{1-r}$), $n$-איבר, יחס, אינטגרל, השוואה, או בדיקת סדרה חלופית.
  • סכום גיאומטרי אינסופי מתכנס רק כאשר $|r|<1$; אחרת הוא מתפוצץ.
  • בנה סדרת טיילור/מקלורין כדי לקרוב פונקציה; ככל שהאיברים יותר, כך הכישר טוב יותר קרוב למרכז.
  • דע את סדרות המקלורין הסטנדרטיות עבור $e^x$, $\sin x$, $\cos x$, ו$\tfrac{1}{1-x}$.
  • מצאו את רדיוס/תחום ההתכנסות בעזרת מבחן היחס, ולאחר מכן בדקו את הקצוות בנפרד.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in AP Calculus BC · ⁨קלקולוס BC - AP⁩ · ⁨נושאים נוספים בAP Calculus BC · ⁨קלקולוס BC - AP⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP