Kryterium Cauchy’ego (nazywane także kryterium pierwiastkowym Cauchy’ego dla odróżnienia od kryterium całkowego Cauchy’ego) – kryterium zbieżności szeregów liczbowych o wyrazach nieujemnych, udowodnione przez Cauchy’ego w podręczniku Cours d’Analyse de l’École Royale Polytechnique; I.re Partie. Analyse algébrique z 1821.

Kryterium Niech dany będzie szereg liczbowy

o wyrazach nieujemnych. Jeżeli

to szereg jest zbieżny. Jeżeli

to szereg jest rozbieżny.

Wersja graniczna kryterium Często używana jest też następująca, formalnie słabsza, wersja kryterium. Jeżeli istnieje granica

to gdy szereg jest zbieżny, oraz gdy szereg jest rozbieżny.

Dowód W przypadku, gdy

istnieją takie liczby i że

dla każdego To oznacza, że dla zachodzi nierówność

czyli

co dowodzi zbieżności bezwzględnej szeregu .

W przypadku, gdy

to istnieje podciąg wyrazów , którego granica jest większa od .

To oznacza, że dla nieskończenie wielu wskaźników zachodzi nierówność:

Jeśli nieskończenie wiele wyrazów ciągu jest większych od , to ciąg nie może zbiegać do zera:

Oznacza to, że szereg jest rozbieżny, bo nie spełnia warunku koniecznego zbieżności.

Przykład zastosowania Rozważmy szereg

Wówczas

Zatem na mocy kryterium Cauchy’ego szereg jest zbieżny.

Przypadek, w którym kryterium nie rozstrzyga o zbieżności Kryterium Cauchy’ego nie pozwala rozstrzygnąć czy szereg jest zbieżny, gdy

Aby to zilustrować, rozważmy ciągi (an), (bn), gdzie

Wówczas

(korzystamy z faktu, że ). Jednak jest rozbieżny jako szereg harmoniczny, a jest zbieżny (zob. problem bazylejski).

Porównanie z kryterium d’Alemberta

Kryterium Cauchy’ego jest silniejsze niż kryterium d’Alemberta, tzn. jeśli szereg o wyrazach dodatnich spełnia jeden z warunków kryterium d’Alemberta, to spełnia też warunek kryterium Cauchy’ego; przeciwna implikacja nie zachodzi. Istotnie, załóżmy, że szereg spełnia pierwszy z warunków z kryterium d’Alemberta, tzn.

Wówczas istnieją liczba oraz taka, że

dla dowolnego Wówczas dla każdego Zatem

Twierdzenia tego nie da się odwrócić, co ilustruje następujący przykład.

Niech dany będzie szereg

Wówczas ogólny wyraz tego szeregu jest postaci

Zauważmy, że

oraz

Zatem na mocy kryterium Cauchy’ego szereg jest zbieżny. Z drugiej strony

co pokazuje, że szereg nie spełnia warunku z kryterium d’Alemberta.

Przypisy

Bibliografia

Literatura dodatkowa

Linki zewnętrzne [dostęp 2022-06-20]. Cauchy test , Encyclopedia of Mathematics, encyclopediaofmath.org [dostęp 2025-04-23].

Cauchy’ego