수렴판정법

수학에서 수렴판정법(收斂判定法, convergence test)은 무한급수의 수렴성을 판단하는 방법이다. 구체적으로, 급수가 수렴, 절대수렴, 조건수렴, 또는 발산할 충분, 필요, 또는 필요충분조건을 제시한다. 함수항급수의 점별수렴, 균등수렴 여부를 판정하거나 수렴역을 구하는 방법도 제공한다.

무한급수가 발산하는지 여부를 판단하는 가장 쉬운 방법은 급수를 구성하고 있는 수열의 n번째 항인 a_n이 n이 무한으로 갈 때 0으로 수렴하는지 여부를 체크하면 된다. 만약 0으로 가지 않는다면, 이 급수는 발산한다는 사실을 쉽게 확인할 수 있다. 하지만 그 극한값이 0으로 간다고 해도, 이 급수가 항상 수렴하는 것은 아니다. 다음의 급수의 경우 수열의 값은 0으로 수렴하지만, 급수는 수렴하지 않는다.

${\displaystyle 1+{\frac {1}{2}}+{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{4}}+{\frac {1}{5}}+\cdots .}$

급수를 구성하고 있는 각 수열들이 0이 아닌 항으로만 이루어져 있더라도 수렴할 수도 있다. 제논의 역설로도 확인할 수 있는 수렴하는 무한급수의 예는 다음과 같다.

${\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }2^{-(n+1)}={\frac {1}{2}}+{\frac {1}{4}}+{\frac {1}{8}}+{\frac {1}{16}}+\cdots .}$

수직선에서 이를 눈으로 확인해볼 수 있다. 수직선에서 ${\displaystyle {\frac {1}{2}},{\frac {3}{4}},{\frac {7}{8}},\cdots }$에 해당하는 부분에 점을 찍어보면, 언제나 마지막에 찍은 점과 그 앞에 찍은 점 사이의 거리가, 1과 마지막에 찍은 점과의 거리와 같다는 사실을 알 수 있다. 하지만 이런 논리로는 이 급수의 부분합이 항상 1보다 작다는 사실을 설명할 뿐, 무한급수의 합이 1이 된다는 사실을 증명해주지는 못한다.

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