Banner A. The Calculus Lifesaver: All the Tools You Need to Excel at Calculus
Подождите немного. Документ загружается.
506 • How to Solve Series Problems
The only reliable way to simplify this is to expand the factorials and cancel:
n!
(n + 1)!
=
1 × 2 × ··· × (n − 1) × n
1 × 2 × ··· × (n − 1) × n × (n + 1)
=
1
n + 1
.
That’s not so bad, but it is possible to run into trouble when looking at
something like (2n)!. This is not the same as 2×n!—that’s a common mistake.
Consider the ratio
(2(n + 1))!
(2n)!
=
(2n + 2)!
(2n)!
.
The numerator is the product of the first 2n + 2 numbers, whereas the de-
nominator is the product of only the first 2n numbers. So, the ratio is
1 × 2 × ··· × (2n − 1) × (2n) × (2n + 1) × (2n + 2)
1 × 2 × ··· × (2n − 1) × (2n)
= (2n + 1)(2n + 2).
This sort of calculation comes up pretty often. For example, consider the
following series:
PSfrag
replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shado
w
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror
(y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y =
(x − 1)
2
−
1
x
Same
height
−
x
Same
length,
opp
osite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y =
2
x
y =
10
x
y =
2
−x
y =
log
2
(x)
4
3
units
mirror
(x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
=
0 radians
θ
hypotenuse
opp
osite
adjacen
t
0
(≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
I
I
I
II
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference
angle
reference
angle =
π
6
sin
+
sin −
cos
+
cos −
tan
+
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this
angle is
5π
6
clo
ckwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
cos(x)
−
π
2
π
2
y =
tan(x), −
π
2
<
x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y =
tan(x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y =
sec(x)
y =
csc(x)
y =
cot(x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y =
tan
−1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
,
x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 <
x < 0.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x +
2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangen
t at x = a
b
tangen
t at x = b
c
tangen
t at x = c
y = x
2
tangen
t
at x = −
1
u
v
uv
u +
∆u
v +
∆v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y =
sin(x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x =
0
a =
0
x
> 0
a
> 0
x
< 0
a
< 0
rest
position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y =
ln(x)
y =
cosh(x)
y =
sinh(x)
y =
tanh(x)
y =
sech(x)
y =
csch(x)
y =
coth(x)
1
−
1
y = f(
x)
original
function
in
verse function
slop
e = 0 at (x, y)
slop
e is infinite at (y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
sin(x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y =
sin
−1
(x)
y =
cos(x)
π
π
2
y =
cos
−1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y =
tan(x)
y =
tan(x)
1
y =
tan
−1
(x)
y =
sec(x)
y =
sec
−1
(x)
y =
csc
−1
(x)
y =
cot
−1
(x)
1
y =
cosh
−1
(x)
y =
sinh
−1
(x)
y =
tanh
−1
(x)
y =
sech
−1
(x)
y =
csch
−1
(x)
y =
coth
−1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y =
1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Lo
cal maximum
Lo
cal minimum
Horizon
tal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln
(x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing
fence
new
fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallo
w
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a +
∆x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
d
f
∆
x
a
b
y = f(
x)
true
zero
starting
approximation
b
etter approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y =
1
a
b
y =
sin(x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
=
2
width
of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
I
I
I
II
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
I
I
I
Ia
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
a
v
y = f
a
v
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y =
sin(x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y =
ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
(2n)!
(n!)
2
.
Does this converge or diverge? It’s not even clear if the terms go to 0. There
are factorials involved, so let’s jump straight in and try the ratio test:
lim
n→∞
a
n+1
a
n
= lim
n→∞
(2(n + 1))!
((n + 1)!)
2
(2n)!
(n!)
2
= lim
n→∞
(2n + 2)!
(2n)!
n!
(n + 1)!
2
.
Note that we have rearranged the fractions and powers to our best advantage.
By what we have just seen above, this simplifies to
lim
n→∞
(2n + 2)(2n + 1)
1
n + 1
2
= lim
n→∞
4n
2
+ 6n + 2
n
2
+ 2n + 1
= 4.
So the limit is greater than 1 and the series diverges. To give you an idea of
how sensitive this stuff is, let’s just modify the example slightly by putting
an extra factor of 5
n
on the bottom, like this:
PSfrag
replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shado
w
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror
(y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y =
(x − 1)
2
−
1
x
Same
height
−
x
Same
length,
opp
osite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y =
2
x
y =
10
x
y =
2
−x
y =
log
2
(x)
4
3
units
mirror
(x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
=
0 radians
θ
hypotenuse
opp
osite
adjacen
t
0
(≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
I
I
I
II
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference
angle
reference
angle =
π
6
sin
+
sin −
cos
+
cos −
tan
+
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this
angle is
5π
6
clo
ckwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
cos(x)
−
π
2
π
2
y =
tan(x), −
π
2
<
x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y =
tan(x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y =
sec(x)
y =
csc(x)
y =
cot(x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y =
tan
−1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
,
x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 <
x < 0.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x +
2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangen
t at x = a
b
tangen
t at x = b
c
tangen
t at x = c
y = x
2
tangen
t
at x = −
1
u
v
uv
u +
∆u
v +
∆v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y =
sin(x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x =
0
a =
0
x
> 0
a
> 0
x
< 0
a
< 0
rest
position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y =
ln(x)
y =
cosh(x)
y =
sinh(x)
y =
tanh(x)
y =
sech(x)
y =
csch(x)
y =
coth(x)
1
−
1
y = f(
x)
original
function
in
verse function
slop
e = 0 at (x, y)
slop
e is infinite at (y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
sin(x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y =
sin
−1
(x)
y =
cos(x)
π
π
2
y =
cos
−1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y =
tan(x)
y =
tan(x)
1
y =
tan
−1
(x)
y =
sec(x)
y =
sec
−1
(x)
y =
csc
−1
(x)
y =
cot
−1
(x)
1
y =
cosh
−1
(x)
y =
sinh
−1
(x)
y =
tanh
−1
(x)
y =
sech
−1
(x)
y =
csch
−1
(x)
y =
coth
−1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y =
1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Lo
cal maximum
Lo
cal minimum
Horizon
tal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln
(x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing
fence
new
fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallo
w
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a +
∆x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
d
f
∆
x
a
b
y = f(
x)
true
zero
starting
approximation
b
etter approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y =
1
a
b
y =
sin(x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
=
2
width
of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
I
I
I
II
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
I
I
I
Ia
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
a
v
y = f
a
v
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y =
sin(x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
(2n)!
5
n
(n!)
2
.
Now you should try to calculate the ratio; you should get an extra factor of
PSfrag
replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shado
w
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror
(y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y =
(x − 1)
2
−
1
x
Same
height
−
x
Same
length,
opp
osite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y =
2
x
y =
10
x
y =
2
−x
y =
log
2
(x)
4
3
units
mirror
(x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
=
0 radians
θ
hypotenuse
opp
osite
adjacen
t
0
(≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
I
I
I
II
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference
angle
reference
angle =
π
6
sin
+
sin −
cos
+
cos −
tan
+
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this
angle is
5π
6
clo
ckwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
cos(x)
−
π
2
π
2
y =
tan(x), −
π
2
<
x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y =
tan(x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y =
sec(x)
y =
csc(x)
y =
cot(x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y =
tan
−1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
,
x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 <
x < 0.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x +
2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangen
t at x = a
b
tangen
t at x = b
c
tangen
t at x = c
y = x
2
tangen
t
at x = −
1
u
v
uv
u +
∆u
v +
∆v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y =
sin(x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x =
0
a =
0
x
> 0
a
> 0
x
< 0
a
< 0
rest
position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y =
ln(x)
y =
cosh(x)
y =
sinh(x)
y =
tanh(x)
y =
sech(x)
y =
csch(x)
y =
coth(x)
1
−
1
y = f(
x)
original
function
in
verse function
slop
e = 0 at (x, y)
slop
e is infinite at (y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
sin(x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y =
sin
−1
(x)
y =
cos(x)
π
π
2
y =
cos
−1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y =
tan(x)
y =
tan(x)
1
y =
tan
−1
(x)
y =
sec(x)
y =
sec
−1
(x)
y =
csc
−1
(x)
y =
cot
−1
(x)
1
y =
cosh
−1
(x)
y =
sinh
−1
(x)
y =
tanh
−1
(x)
y =
sech
−1
(x)
y =
csch
−1
(x)
y =
coth
−1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y =
1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Lo
cal maximum
Lo
cal minimum
Horizon
tal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln
(x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing
fence
new
fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallo
w
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a +
∆x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
d
f
∆
x
a
b
y = f(
x)
true
zero
starting
approximation
b
etter approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y =
1
a
b
y =
sin(x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
=
2
width
of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
I
I
I
II
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
I
I
I
Ia
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
a
v
y = f
a
v
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(x)
π
−π
−1
−2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
1/5 coming out, so you’ll find that the limit is 4/5, which is less than 1, and
so the modified series converges.
Now consider the series
PSfrag
replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shado
w
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror
(y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y =
(x − 1)
2
−
1
x
Same
height
−
x
Same
length,
opp
osite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y =
2
x
y =
10
x
y =
2
−x
y =
log
2
(x)
4
3
units
mirror
(x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
=
0 radians
θ
hypotenuse
opp
osite
adjacen
t
0
(≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
I
I
I
II
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference
angle
reference
angle =
π
6
sin
+
sin −
cos
+
cos −
tan
+
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this
angle is
5π
6
clo
ckwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
cos(x)
−
π
2
π
2
y =
tan(x), −
π
2
<
x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y =
tan(x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y =
sec(x)
y =
csc(x)
y =
cot(x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y =
tan
−1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
,
x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 <
x < 0.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x +
2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangen
t at x = a
b
tangen
t at x = b
c
tangen
t at x = c
y = x
2
tangen
t
at x = −
1
u
v
uv
u +
∆u
v +
∆v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y =
sin(x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x =
0
a =
0
x
> 0
a
> 0
x
< 0
a
< 0
rest
position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y =
ln(x)
y =
cosh(x)
y =
sinh(x)
y =
tanh(x)
y =
sech(x)
y =
csch(x)
y =
coth(x)
1
−
1
y = f(
x)
original
function
in
verse function
slop
e = 0 at (x, y)
slop
e is infinite at (y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
sin(x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y =
sin
−1
(x)
y =
cos(x)
π
π
2
y =
cos
−1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y =
tan(x)
y =
tan(x)
1
y =
tan
−1
(x)
y =
sec(x)
y =
sec
−1
(x)
y =
csc
−1
(x)
y =
cot
−1
(x)
1
y =
cosh
−1
(x)
y =
sinh
−1
(x)
y =
tanh
−1
(x)
y =
sech
−1
(x)
y =
csch
−1
(x)
y =
coth
−1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y =
1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Lo
cal maximum
Lo
cal minimum
Horizon
tal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln
(x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing
fence
new
fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallo
w
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a +
∆x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
d
f
∆
x
a
b
y = f(
x)
true
zero
starting
approximation
b
etter approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y =
1
a
b
y =
sin(x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
=
2
width
of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
I
I
I
II
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
I
I
I
Ia
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
a
v
y = f
a
v
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(x)
1
2
y = sin(x)
π
−π
−1
−2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
n!
(n + 3)
n
.
This involves a factorial, so let’s try the ratio test. We get
lim
n→∞
a
n+1
a
n
= lim
n→∞
(n + 1)!
((n + 1) + 3)
n+1
n!
(n + 3)
n
= lim
n→∞
(n + 1)!
n!
(n + 3)
n
(n + 4)
n+1
.
Section 23.3: How to Use the Ratio Test • 507
Now we know from above that (n + 1)!/n! simplifies down to (n + 1), so the
above quantity is
lim
n→∞
(n + 1)
(n + 3)
n
(n + 4)
n+1
.
Now what the heck do you do? This is pretty tricky. How about writing the
denominator as (n + 4) × (n + 4)
n
so that we match the power of n in the
numerator? Then we can group the terms like this:
lim
n→∞
(n + 1)
(n + 3)
n
(n + 4)
n+1
= lim
n→∞
n + 1
n + 4
(n + 3)
n
(n + 4)
n
= lim
n→∞
n + 1
n + 4
n + 3
n + 4
n
.
Now the plot thickens. The first factor, (n + 1)/(n + 4), clearly tends to 1 as
n → ∞, but the second factor is trickier. One way to handle it is to replace
n by x and consider the limit
lim
x→∞
x + 3
x + 4
x
.
Following the l’Hˆopital’s Rule Type C method (see Section 14.1.5 in Chap-
ter 14), we find the limit of the logarithm (after a bit of clever algebra):
lim
x→∞
ln
x + 3
x + 4
x
= lim
x→∞
x ln
x + 3
x + 4
= lim
x→∞
ln
x+3
x+4
1/x
= lim
x→∞
ln(x + 3) − ln(x + 4)
1/x
.
The numerator goes to 0 as x → ∞, since (x + 3)/(x + 4) → 1 and ln(1) = 0.
The denominator also goes to 0, so I leave it to you to use l’Hˆopital’s Rule to
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
show that
lim
x→∞
ln
x + 3
x + 4
x
= −1.
Exponentiating and changing x back into n, we have shown that
lim
n→∞
n + 3
n + 4
n
= e
−1
.
So, we now have all the pieces of the puzzle at our disposal. The limiting
ratio above works out to be
lim
n→∞
a
n+1
a
n
= lim
n→∞
n + 1
n + 4
n + 3
n + 4
n
= 1 × e
−1
=
1
e
.
Since this limit is less than 1, the original series converges.
How about
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(x)
π
−π
−1
−2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=2
1
n ln(n)
?
The terms certainly go to 0 as n → ∞. Let’s try the ratio test:
lim
n→∞
a
n+1
a
n
= lim
n→∞
1
(n + 1) ln(n + 1)
1
n ln(n)
= lim
n→∞
n
n + 1
ln(n)
ln(n + 1)
= 1.
508 • How to Solve Series Problems
(Once again, you should use l’Hˆopital’s Rule to get the limit of the ratio of
the logs.) We’ve just shown that the limiting ratio is equal to 1. What does
this mean? It means that the ratio test fails to give us any useful information.
We don’t know anything more about the series than when we started (except
that the ratio test doesn’t work!). So we have to try something else. It turns
out that the integral test is the best one to use in this example—we’ll check
it out a little later, in Section 23.5.
23.4 How to Use the Root Test
Use the root test when there are a lot of tricky exponentials around
involving functions of n. It’s especially useful when the terms of your series
look like A
B
, where both A and B are functions of n. Here’s the statement
of the test, fresh from Section 22.5.2 of the previous chapter:
if L = lim
n→∞
|a
n
|
1/n
, then
∞
X
n=1
a
n
converges absolutely if L < 1,
and diverges if L > 1; but if L = 1 or the limit doesn’t exist,
then the ratio test tells you nothing.
To use the root test, always start off with the following expression:
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f (
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f (
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f (
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f (
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f (
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f (
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f(
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f (
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f (
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f (
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f(
t)
F (
x )
y = f(
t)
F (
x + h )
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f (x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f (x)
lim
n→∞
|a
n
|
1/n
,
and then replace a
n
by the general term of the series. Find the limit (if it
exists) and call it L. Then you have three possibilities, which are identical to
the possibilities which arise in the ratio test. The conclusions are luckily the
same as well:
1. If L < 1, then the original series
P
∞
n=1
a
n
converges; in fact, it converges
absolutely.
2. If L > 1, then the original series diverges.
3. If L = 1, or the limit doesn’t exist, then the root test is useless. Try
something else.
For example, consider the series
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
1 −
2
n
n
2
.
Since the terms involved have exponents involving powers of n, this series is
just begging you to use the root test on it. Let’s try it:
lim
n→∞
|a
n
|
1/n
= lim
n→∞
1 −
2
n
n
2
1/n
= lim
n→∞
1 −
2
n
n
2
×
1
n
= lim
n→∞
1 −
2
n
n
= e
−2
< 1.
Note that we removed the absolute values since everything’s positive, and
used the important limit at the end of Section 22.1.2 of the previous chapter
(with k replaced by −2). So the limiting ratio is e
−2
, which is certainly less
than 1; by the root test, the original series above converges.
Section 23.5: How to Use the Integral Test • 509
23.5 How to Use the Integral Test
Use the integral test when the series involves both 1/n and ln(n).
In Section 22.5.3 of the previous chapter, we saw that if N is any positive
integer, then we can say:
if a
n
= f(n) for some continuous decreasing function f , then
∞
X
n=N
a
n
and
Z
∞
N
f(x) dx either both converge or both diverge.
In practice, here are the steps involved in using the integral test.
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f (
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f (
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f (
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f (
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f (
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f (
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f(
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f (
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f (
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f (
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f(
t)
F (
x )
y = f(
t)
F (
x + h )
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f (x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f (x)
• Replace n by x, change
P
∞
n=1
into
R
∞
1
, and put a dx at the end. Of
course, if the series begins at n = 2, then you use
R
∞
2
instead, for
example.
• Check that the integrand is decreasing; you can do that by showing that
the derivative is negative, or just by inspecting the integrand directly.
• Now deal with the improper integral from the first step. The main
advantage of integrals over series is that you can use a substitution (or
change of variables, if you prefer) in an integral. The most common
substitution in this context is t = ln(x).
• If the improper integral converges, so does the series. If the integral
diverges, the series diverges too.
For example, consider
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=2
1
n ln(n)
.
We have already looked at this series—in fact, we tried to use the ratio test
at the end of Section 23.3 above, with no success. Let’s try the integral test
instead, which is suggested by the presence of the factor 1/n and the presence
of ln(n). Change the variable n to x, and the sum to an integral, to get
Z
∞
2
1
x ln(x)
dx
instead. The integrand 1/(x ln(x)) is indeed decreasing in x; you can show this
by differentiating and seeing that the derivative is negative, or more directly
by observing that x and ln(x) are both increasing in x, so their product
x ln(x) is as well, so the reciprocal 1/x ln(x) is decreasing in x. Anyway, we
have already looked at the above improper integral in Chapter 21, but here’s
the solution outline once again: substitute t = ln(x), so dt = 1/x dx, and the
integral becomes
Z
∞
ln(2)
1
t
dt,
which diverges by the p-test for integrals. Since the integral diverges, so does
the original series (by the integral test).
510 • How to Solve Series Problems
On the other hand, let’s modify the series slightly: consider
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=2
1
n(ln(n))
2
.
Again, we have a factor 1/n and logarithms are involved, so try the integral
test. Replace n by x and turn the series into an integral to get
Z
∞
2
1
x(ln(x))
2
dx.
Try to convince yourself that the integrand is decreasing in x. Substitute
t = ln(x), and this time the integral becomes
Z
∞
ln(2)
1
t
2
dt,
which converges by the p-test. So this time the series converges (by the
integral test). Looking at this example and the previous one together, we
can really see just how subtle this whole business of convergence of series is.
We know ln(n) is pretty small compared to any positive power of n as n gets
large, but the above examples together demonstrate that a log can make a
difference. One extra measly power of ln(n) thrown into the denominator of
P
∞
n=2
1/n ln(n) turns it from a divergent series into a convergent series. (We
looked at a similar example in Section 21.3.4 of Chapter 21.)
23.6 How to Use the Comparison Test, the Limit
Comparison Test, and the p-test
Use these tests for series with positive terms when none of the
other tests seem to apply. You definitely want to try the nth term test
first, then use the ratio test if factorials are involved, the root test if the
terms have exponentials where the base and exponent are both functions of
n, or the integral test if you have a factor of 1/n and logarithms are involved.
What does that leave? Basically the same tools as you have for integrals: the
comparison test, the limit comparison test, the p-test, and an understanding of
how common functions behave near ∞ and near 0. You really need to review
Chapter 21 before looking at this section, since the techniques are almost
identical. In any case, here are the tests once more. (For the comparison and
limit comparison tests, we assume all the terms a
n
are nonnegative.)
1. Comparison test, divergence version: if you think
P
∞
n=1
a
n
di-
verges, find a smaller series which also diverges. That is, find a positive
sequence {b
n
} such that a
n
≥ b
n
for all n, and such that
P
∞
n=1
b
n
di-
verges. Then
∞
X
n=1
a
n
≥
∞
X
n=1
b
n
= ∞,
so
P
∞
n=1
a
n
diverges.
Section 23.6: Comparison Test, Limit Comparison Test, and p-test • 511
2. The comparison test, convergence version: if you think
P
∞
n=1
a
n
converges, find a larger series which also converges. That is, find {b
n
}
such that a
n
≤ b
n
for all n, and such that
P
∞
n=1
b
n
converges. Then
∞
X
n=1
a
n
≤
∞
X
n=1
b
n
< ∞,
so
P
∞
n=1
a
n
converges.
3. Limit comparison test: find a simpler series
P
∞
n=1
b
n
so that a
n
∼ b
n
as n → ∞. Then if
P
∞
n=1
b
n
converges, so does
P
∞
n=1
a
n
. On the other
hand, if
P
∞
n=1
b
n
diverges, then so does
P
∞
n=1
a
n
. (Remember that
“a
n
∼ b
n
as n → ∞” means the same thing as “lim
n →∞
a
n
/b
n
= 1.”)
4. p-test: if a ≥ 1, the series
∞
X
n=a
1
n
p
(
converges if p > 1,
diverges if p ≤ 1.
This is the same as the
R
∞
version of the p-test for integrals.
Now let’s look at some examples. In each example below, you could replace
the sum by an integral and get an improper integral (with problem spot at
∞) instead of a series. The solutions to the improper integral problems are
identical to the corresponding solutions for the series below. In each case, you
should try to write down the equivalent problem and solution for the improper
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
integral version. It’s also a good idea to look back at Chapter 21 and try to
convert every improper integral with problem spot at ∞ to a series. Almost all
of them can be solved using the above tests. (The exceptions are the problems
whose solutions involve the change of variables t = ln(x); for those problems,
you’d need to use the integral test in order to solve the corresponding series
problems.) Anyway, consider the series
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
2n
2
+ 3n + 7
n
4
+ 2n
3
+ 1
.
To examine this, note that the highest term in each polynomial dominates,
since n is getting larger and larger. (See Section 21.3.1 of Chapter 21 for more
details.) So we have
2n
2
+ 3n + 7
n
4
+ 2n
3
+ 1
∼
2n
2
n
4
=
2
n
2
as n → ∞.
By the p-test,
P
∞
n=1
2/n
2
converges (the constant 2 is irrelevant); so by the
limit comparison test, the original series above converges as well.
A slight technicality arises in the almost identical example
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (x + h) − F (x)
f(x)
1
2
y = sin(x)
π
−π
−1
−2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=0
2n
2
+ 3n + 7
n
4
+ 2n
3
+ 1
.
The only difference between this and the previous example is that the sum
now begins at n = 0. If you use the same argument as in the previous
512 • How to Solve Series Problems
example, you may find that you are comparing the above series with the
series
P
∞
n=0
2/n
2
. This last series isn’t well-defined, since its first term looks
like 2/0, which really sucks. You can avoid this issue by one of two methods:
you could just say that you’re changing the first term n = 0 into something
else, like n = 1, and this doesn’t affect the convergence. Alternatively, you
could break off the term n = 0 from the sum. Indeed, when n = 0, the
quantity (2n
2
+ 3n + 7)/(n
4
+ 2n
3
+ 1) is just 7, so
∞
X
n=0
2n
2
+ 3n + 7
n
4
+ 2n
3
+ 1
= 7 +
∞
X
n=1
2n
2
+ 3n + 7
n
4
+ 2n
3
+ 1
.
The series on the right-hand side converges, so the series on the left-hand side
does as well. Adding the finite number 7 makes no difference. In general,
if your sum begins at n = 0 and you want to use the limit comparison test,
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f (
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f (
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f (
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f (
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f (
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f (
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f(
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f (
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f (
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f (
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f(
t)
F (
x )
y = f(
t)
F (
x + h )
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f (x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f (x)
break off the first term so that you can consider the series starting at n = 1
instead.
Now let’s look at
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
3
√
27n
6
+ 9n
2
+ 4
n
3
+ 9n
2
+ 4
.
By our standard ideas about higher powers dominating, we have
3
√
27n
6
+ 9n
2
+ 4
n
3
+ 9n
2
+ 4
∼
3
√
27n
6
n
3
=
3n
2
n
3
=
3
n
as n → ∞.
By the p-test,
P
∞
n=1
3/n diverges, so by the limit comparison test, the original
series diverges as well.
How about
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
2
−n
n
1000
?
In Section 23.3 above, we used the ratio test to solve this problem (we actually
wrote n
1000
/2
n
instead of 2
−n
n
1000
, but of course they are the same thing!).
Let’s now solve the problem using the comparison test. To do it this way, we
should use the idea that exponentials grow quickly. Using the same methods
as those described in Section 21.3.3 of Chapter 21, we write
2
−n
≤
C
n
1002
;
we have picked the exponent 1002 since it’s 2 bigger than the exponent 1000
in the question. We now have
∞
X
n=1
2
−n
n
1000
≤
∞
X
n=1
C
n
1002
n
1000
= C
∞
X
n=1
1
n
2
< ∞,
where the last series converges by the p-test. So the original series converges
by the comparison test.
Now consider
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (x )
y = f (t)
F (x + h)
x + h
F (x + h) − F (x)
f(x)
1
2
y = sin(x)
π
−π
−1
−2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=2
ln(n)
n
1.001
.
Section 23.6: Comparison Test, Limit Comparison Test, and p-test • 513
This is just the series version of an example on page 465. In fact, you could
use the integral test to convert this series problem into the improper inte-
gral problem there, since the integrand is decreasing, but what would be the
point? We might as well just solve it directly. As we did in the improper
integral example, we use ln(n) ≤ Cn
0.0005
, where we have cunningly chosen
the exponent 0.0005 so small that you can take it away from the exponent
1.001 (which arises in our series) and still be greater than 1. So we have
∞
X
n=1
ln(n)
n
1.001
≤
∞
X
n=1
Cn
0.0005
n
1.001
= C
∞
X
n=1
1
n
1.0005
< ∞,
where the last series converges by the p-test. So our original series converges
by the comparison test.
The series
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
|sin(n)|
n
2
is pretty easy to deal with. Remembering that |sin(n)| ≤ 1, we see that
∞
X
n=1
|sin(n)|
n
2
≤
∞
X
n=1
1
n
2
< ∞.
So the series converges by the comparison test.
Now consider the series
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(
x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y = ln
|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
sin
1
n
.
It may look like some of the terms of the series might be negative, but that’s
a load of bull. Indeed, when n starts at 1 and works its way up the positive
integers, the numbers 1/n start at 1 and work their way down toward 0. That
is, 1/n is always between 0 and 1. Since sin(x) is positive when x is between
0 and 1, the series has all positive terms! So what? We still haven’t done
the problem. How do we proceed? In Section 21.4.2 of Chapter 21, we saw
that sin(x) ∼ x as x → 0. Replacing x by 1/n, we see that sin(1/n) ∼ 1/n
as 1/n → 0. Wait a second—when 1/n → 0, we must have n → ∞. That
is, we have shown that sin(1/n) ∼ 1/n as n → ∞. This is exactly what we
need! Since the series
P
∞
n=1
1/n diverges, the limit comparison test shows
that our original series above diverges too. (Compare this example with the
last example in Section 21.4.2 of Chapter 21.)
On the other hand, the series
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y = sin(x)
π
−π
−1
−2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=1
sin
2
1
n
converges, since sin
2
(1/n) ∼ 1/n
2
as n → ∞; you get to fill in the details.
Finally, a really nasty series:
PSfrag replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shadow
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror (
y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y = (
x − 1)
2
−
1
x
Same height
−
x
Same length,
opposite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y = 2
x
y = 10
x
y = 2
−
x
y = log
2
(
x)
4
3 units
mirror (
x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
= 0 radians
θ
hypotenuse
opposite
adjacent
0 (
≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
II
III
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference angle
reference angle =
π
6
sin +
sin −
cos +
cos −
tan +
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this angle is
5
π
6
clockwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = cos(
x)
−
π
2
π
2
y = tan(
x), −
π
2
< x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y = tan(
x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y = sec(
x)
y = csc(
x)
y = cot(
x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y = tan
−
1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
, x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 < x < 0
.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x + 2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangent at x = a
b
tangent at x = b
c
tangent at x = c
y = x
2
tangent
at x = −
1
u
v
uv
u + ∆
u
v + ∆
v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y = sin(
x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x = 0
a = 0
x > 0
a > 0
x < 0
a < 0
rest position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y = ln(
x)
y = cosh(
x)
y = sinh(
x)
y = tanh(
x)
y = sech(
x)
y = csch(
x)
y = coth(
x)
1
−
1
y = f(
x)
original function
inverse function
slope = 0 at (
x, y)
slope is infinite at (
y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
y = sin(
x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y = sin
−
1
(x)
y = cos(
x)
π
π
2
y = cos
−
1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y = tan(
x)
y = tan(
x)
1
y = tan
−
1
(x)
y = sec(
x)
y = sec
−
1
(x)
y = csc
−
1
(x)
y = cot
−
1
(x)
1
y = cosh
−
1
(x)
y = sinh
−
1
(x)
y = tanh
−
1
(x)
y = sech
−
1
(x)
y = csch
−
1
(x)
y = coth
−
1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y = 1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y = sin(
x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Local maximum
Local minimum
Horizontal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln(
x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2 +
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing fence
new fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallow
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a + ∆
x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
df
∆
x
a
b
y = f(
x)
true zero
starting approximation
better approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y = 1
a
b
y = sin(
x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
= 2
width of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
II
III
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
II
IIa
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
av
y = f
av
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (t)
F (x + h)
x + h
F (x + h) − F (x)
f(x)
1
2
y = sin(x)
π
−π
−1
−2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−1
y = ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=2
cos
2
(n) tan
(n
2
+ 4n − 3) ln(n)
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n
.
514 • How to Solve Series Problems
How do you approach this? Consider the pieces of this series. As n → ∞,
the (n
2
+ 4n − 3) factor is asymptotic to n
2
, and the
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n factor
is asymptotic to
√
n
7
, which is just n
7/2
. So we can say that
(n
2
+ 4n − 3) ln(n)
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n
∼
n
2
ln(n)
n
7/2
=
ln(n)
n
3/2
as n → ∞.
On the other hand, both sides of this above relation go to 0 as n gets large
(remember, logs grow slowly!). So we can use the relation tan(x) ∼ x as x → 0,
with x replaced by the horrible quantity (n
2
+ 4n −3) ln(n)/
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n,
to get
tan
(n
2
+ 4n − 3) ln(n)
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n
∼
(n
2
+ 4n − 3) ln(n)
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n
∼
ln(n)
n
3/2
as n → ∞.
Now let’s concentrate for a moment on the series
∞
X
n=2
ln(n)
n
3/2
.
We need to use the fact that logs grow slowly to make the ln(n) insignificant
compared to the n
3/2
term (see Section 21.3.4 of Chapter 21 for more details).
Specifically, we like the power 3/2 in the denominator and don’t want this to
be 1 or smaller. So let’s use ln(n) < Cn
1/4
(the power here just needs to be
less than 1/2) and see that
ln(n)
n
3/2
≤
Cn
1/4
n
3/2
=
C
n
5/4
.
So, summing everything up, we see that
∞
X
n=2
ln(n)
n
3/2
≤ C
∞
X
n=2
1
n
5/4
< ∞
by the p-test. So
∞
X
n=2
ln(n)
n
3/2
converges by the comparison test. Now look back at the asymptotic relation
way back above; the limit comparison test now implies that
∞
X
n=2
tan
(n
2
+ 4n − 3) ln(n)
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n
also converges. Great—we’re nearly done. How about that cos
2
(n) factor?
That’s not too helpful, since it keeps oscillating. We do know that it’s less
than or equal to 1, and that it’s positive (since it’s a square). So we’ll just
use cos
2
(n) ≤ 1 and see what we get. In fact,
∞
X
n=2
cos
2
(n) tan
(n
2
+ 4n − 3) ln(n)
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n
≤
∞
X
n=2
tan
(n
2
+ 4n − 3) ln(n)
√
n
7
+ 2n
4
+ 3n
< ∞,
Section 23.7: How to Deal with Series with Negative Terms • 515
as we have just shown that the right-hand series converges. So, our origi-
nal series converges by the comparison test. How about that—we used the
comparison test twice, the limit comparison test once, and the p-test twice.
Tricky stuff; but if you can do that sort of problem on your own, then you
should be able to do just about any problem involving these three tests.
23.7 How to Deal with Series with Negative Terms
Suppose some of the numbers a
n
which appear as terms in your series are
negative. Here are some ways to handle this situation:
1. If all the terms a
n
are negative, then modify the series by putting
a minus sign in front of all the terms. The modified series is
P
∞
n=1
(−a
n
),
which has all positive terms. Then you can use the techniques above to work
out whether the modified series converges or diverges. Then if the modified
series diverges, so does the original one we are interested in, whereas if the
modified series converges, then the original one also converges. In fact, if the
modified series converges to L, then the original one converges to −L, since
the modified series is just the negative of the original series. For example,
does the series
PSfrag
replacements
(
a, b)
[
a, b]
(
a, b]
[
a, b)
(
a, ∞)
[
a, ∞)
(
−∞, b)
(
−∞, b]
(
−∞, ∞)
{
x : a < x < b}
{
x : a ≤ x ≤ b}
{
x : a < x ≤ b}
{
x : a ≤ x < b}
{
x : x ≥ a}
{
x : x > a}
{
x : x ≤ b}
{
x : x < b}
R
a
b
shado
w
0
1
4
−
2
3
−
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
g(
x) = x
2
f(
x) = x
3
mirror
(y = x)
f
−
1
(x) =
3
√
x
y = h
(x)
y = h
−
1
(x)
y =
(x − 1)
2
−
1
x
Same
height
−
x
Same
length,
opp
osite signs
y = −
2x
−
2
1
y =
1
2
x − 1
2
−
1
y =
2
x
y =
10
x
y =
2
−x
y =
log
2
(x)
4
3
units
mirror
(x-axis)
y = |
x|
y = |
log
2
(x)|
θ radians
θ units
30
◦
=
π
6
45
◦
=
π
4
60
◦
=
π
3
120
◦
=
2
π
3
135
◦
=
3
π
4
150
◦
=
5
π
6
90
◦
=
π
2
180
◦
= π
210
◦
=
7
π
6
225
◦
=
5
π
4
240
◦
=
4
π
3
270
◦
=
3
π
2
300
◦
=
5
π
3
315
◦
=
7
π
4
330
◦
=
11
π
6
0
◦
=
0 radians
θ
hypotenuse
opp
osite
adjacen
t
0
(≡ 2π)
π
2
π
3
π
2
I
I
I
I
II
IV
θ
(
x, y)
x
y
r
7
π
6
reference
angle
reference
angle =
π
6
sin
+
sin −
cos
+
cos −
tan
+
tan −
A
S
T
C
7
π
4
9
π
13
5
π
6
(this
angle is
5π
6
clo
ckwise)
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
cos(x)
−
π
2
π
2
y =
tan(x), −
π
2
<
x <
π
2
0
−
π
2
π
2
y =
tan(x)
−
2π
−
3π
−
5
π
2
−
3
π
2
−
π
−
π
2
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
y =
sec(x)
y =
csc(x)
y =
cot(x)
y = f(
x)
−
1
1
2
y = g(
x)
3
y = h
(x)
4
5
−
2
f(
x) =
1
x
g(
x) =
1
x
2
etc.
0
1
π
1
2
π
1
3
π
1
4
π
1
5
π
1
6
π
1
7
π
g(
x) = sin
1
x
1
0
−
1
L
10
100
200
y =
π
2
y = −
π
2
y =
tan
−1
(x)
π
2
π
y =
sin(
x)
x
,
x > 3
0
1
−
1
a
L
f(
x) = x sin (1/x)
(0 <
x < 0.3)
h
(x) = x
g(
x) = −x
a
L
lim
x
→a
+
f(x) = L
lim
x
→a
+
f(x) = ∞
lim
x
→a
+
f(x) = −∞
lim
x
→a
+
f(x) DNE
lim
x
→a
−
f(x) = L
lim
x
→a
−
f(x) = ∞
lim
x
→a
−
f(x) = −∞
lim
x
→a
−
f(x) DNE
M
}
lim
x
→a
−
f(x) = M
lim
x
→a
f(x) = L
lim
x
→a
f(x) DNE
lim
x
→∞
f(x) = L
lim
x
→∞
f(x) = ∞
lim
x
→∞
f(x) = −∞
lim
x
→∞
f(x) DNE
lim
x
→−∞
f(x) = L
lim
x
→−∞
f(x) = ∞
lim
x
→−∞
f(x) = −∞
lim
x
→−∞
f(x) DNE
lim
x →a
+
f(
x) = ∞
lim
x →a
+
f(
x) = −∞
lim
x →a
−
f(
x) = ∞
lim
x →a
−
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) = ∞
lim
x →a
f(
x) = −∞
lim
x →a
f(
x) DNE
y = f (
x)
a
y =
|
x|
x
1
−
1
y =
|
x + 2|
x +
2
1
−
1
−
2
1
2
3
4
a
a
b
y = x sin
1
x
y = x
y = −
x
a
b
c
d
C
a
b
c
d
−
1
0
1
2
3
time
y
t
u
(
t, f(t))
(
u, f(u))
time
y
t
u
y
x
(
x, f(x))
y = |
x|
(
z, f(z))
z
y = f(
x)
a
tangen
t at x = a
b
tangen
t at x = b
c
tangen
t at x = c
y = x
2
tangen
t
at x = −
1
u
v
uv
u +
∆u
v +
∆v
(
u + ∆u)(v + ∆v)
∆
u
∆
v
u
∆v
v∆
u
∆
u∆v
y = f(
x)
1
2
−
2
y = |
x
2
− 4|
y = x
2
− 4
y = −
2x + 5
y = g(
x)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
y = f (
x)
3
−
3
3
−
3
0
−
1
2
easy
hard
flat
y = f
0
(
x)
3
−
3
0
−
1
2
1
−
1
y =
sin(x)
y = x
x
A
B
O
1
C
D
sin(
x)
tan(
x)
y =
sin(
x)
x
π
2
π
1
−
1
x =
0
a =
0
x
> 0
a
> 0
x
< 0
a
< 0
rest
position
+
−
y = x
2
sin
1
x
N
A
B
H
a
b
c
O
H
A
B
C
D
h
r
R
θ
1000
2000
α
β
p
h
y = g(
x) = log
b
(x)
y = f(
x) = b
x
y = e
x
5
10
1
2
3
4
0
−
1
−
2
−
3
−
4
y =
ln(x)
y =
cosh(x)
y =
sinh(x)
y =
tanh(x)
y =
sech(x)
y =
csch(x)
y =
coth(x)
1
−
1
y = f(
x)
original
function
in
verse function
slop
e = 0 at (x, y)
slop
e is infinite at (y, x)
−
108
2
5
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
y =
sin(x), −
π
2
≤ x ≤
π
2
−
2
−
1
0
2
π
2
−
π
2
y =
sin
−1
(x)
y =
cos(x)
π
π
2
y =
cos
−1
(x)
−
π
2
1
x
α
β
y =
tan(x)
y =
tan(x)
1
y =
tan
−1
(x)
y =
sec(x)
y =
sec
−1
(x)
y =
csc
−1
(x)
y =
cot
−1
(x)
1
y =
cosh
−1
(x)
y =
sinh
−1
(x)
y =
tanh
−1
(x)
y =
sech
−1
(x)
y =
csch
−1
(x)
y =
coth
−1
(x)
(0
, 3)
(2
, −1)
(5
, 2)
(7
, 0)
(
−1, 44)
(0
, 1)
(1
, −12)
(2
, 305)
y =
1
2
(2
, 3)
y = f(
x)
y = g(
x)
a
b
c
a
b
c
s
c
0
c
1
(
a, f(a))
(
b, f(b))
1
2
1
2
3
4
5
6
0
−
1
−
2
−
3
−
4
−
5
−
6
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
3
π
5
π
2
2
π
3
π
2
π
π
2
y =
sin(x)
1
0
−
1
−
3π
−
5
π
2
−
2π
−
3
π
2
−
π
−
π
2
3
π
5
π
2
2
π
2
π
3
π
2
π
π
2
c
OR
Lo
cal maximum
Lo
cal minimum
Horizon
tal point of inflection
1
e
y = f
0
(
x)
y = f (
x) = x ln(x)
−
1
e
?
y = f(
x) = x
3
y = g(
x) = x
4
x
f(
x)
−
3
−
2
−
1
0
1
2
1
2
3
4
+
−
?
1
5
6
3
f
0
(
x)
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
f
00
(
x)
7
8
g
00
(
x)
f
00
(
x)
0
y =
(
x − 3)(x − 1)
2
x
3
(
x + 2)
y = x ln
(x)
1
e
−
1
e
5
−
108
2
α
β
2 −
1
2
√
6
2
+
1
2
√
6
y = x
2
(
x − 5)
3
−
e
−
1/2
√
3
e
−
1/2
√
3
−
e
−3/2
e
−
3/2
−
1
√
3
1
√
3
−
1
1
y = xe
−
3x
2
/2
y =
x
3
− 6
x
2
+ 13x − 8
x
28
2
600
500
400
300
200
100
0
−
100
−
200
−
300
−
400
−
500
−
600
0
10
−
10
5
−
5
20
−
20
15
−
15
0
4
5
6
x
P
0
(
x)
+
−
−
existing
fence
new
fence
enclosure
A
h
b
H
99
100
101
h
dA/dh
r
h
1
2
7
shallo
w
deep
LAND
SEA
N
y
z
s
t
3
11
9
L
(11)
√
11
y = L
(x)
y = f (
x)
11
y = L
(x)
y = f(
x)
F
P
a
a +
∆x
f(
a + ∆x)
L
(a + ∆x)
f(
a)
error
d
f
∆
x
a
b
y = f(
x)
true
zero
starting
approximation
b
etter approximation
v
t
3
5
50
40
60
4
20
30
25
t
1
t
2
t
3
t
4
t
n
−2
t
n
−1
t
0
= a
t
n
= b
v
1
v
2
v
3
v
4
v
n
−1
v
n
−
30
6
30
|
v|
a
b
p
q
c
v(
c)
v(
c
1
)
v(
c
2
)
v(
c
3
)
v(
c
4
)
v(
c
5
)
v(
c
6
)
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
c
1
c
2
c
3
c
4
c
5
c
6
t
0
=
a
t
6
=
b
t
16
=
b
t
10
=
b
a
b
x
y
y = f(
x)
1
2
y = x
5
0
−
2
y =
1
a
b
y =
sin(x)
π
−
π
0
−
1
−
2
0
2
4
y = x
2
0
1
2
3
4
2
n
4
n
6
n
2(
n−2)
n
2(
n−1)
n
2
n
n
=
2
width
of each interval =
2
n
−
2
1
3
0
I
I
I
I
II
IV
4
y
dx
y = −
x
2
− 2x + 3
3
−
5
y = |−
x
2
− 2x + 3|
I
I
I
I
Ia
5
3
0
1
2
a
b
y = f (
x)
y = g(
x)
y = x
2
a
b
5
3
0
1
2
y =
√
x
2
√
2
2
2
dy
x
2
a
b
y = f(
x)
y = g(
x)
M
m
1
2
−
1
−
2
0
y = e
−
x
2
1
2
e
−
1/4
f
a
v
y = f
a
v
c
A
M
0
1
2
a
b
x
t
y = f (
t)
F (
x )
y = f (
t)
F (
x + h)
x + h
F (
x + h) − F (x)
f(
x)
1
2
y =
sin(x)
π
−
π
−
1
−
2
y =
1
x
y = x
2
1
2
1
−
1
y =
ln|x|
θ
a
x
a
x
p
a
2
− x
2
3
x
p
9 − x
2
p
x
2
+ a
2
x
a
p
x
2
+ 15
x
√
15
x
p
x
2
− a
2
a
x
p
x
2
− 4
2
x
−
p
x
2
− a
2
a
x
−
p
x
2
− 4
2
y = f(x)
a
b
a + ε
ε
Z
b
a+ε
f(x) dx
small
even smaller
y = g(x)
infinite area
finite area
1
y =
1
x
y =
1
x
p
, p < 1 (typical)
y =
1
x
p
, p > 1 (typical)
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
1
2
3
4
5
6
7
8
n
a
n
x
y
y = f(x)
∞
X
n=3
ln
1
n
1
√
n
converge or diverge? Well, 1/n is near 0 when n is large, so taking log of
it will give a negative number. (Remember, ln(x) < 0 if 0 < x < 1.) It’s
therefore easier to consider the modified series
∞
X
n=3
−ln
1
n
1
√
n
,
which is actually the same thing as
∞
X
n=3
ln(n)
1
√
n
,
since −ln(1/n) = −(ln(1) − ln(n)) = ln(n). Now, what’s our intuition about
this? If this series were just
∞
X
n=3
1
√
n
,
it would diverge by the p-test. Normally logs don’t make much difference, but
this isn’t always true—remember the examples from the integral test above.
In any case, this particular log actually helps the series to diverge, since it
blows up as n → ∞. The basic logic is that as n ranges from 3 upward, the
least that ln(n) can be is ln(3), so we have
ln(n) ≥ ln(3)
for any n ≥ 3. In our series, it follows that
∞
X
n=3
ln(n)
1
√
n
≥
∞
X
n=3
ln(3)
√
n
= ln(3)
∞
X
n=3
1
√
n
= ∞