Question Number 126253 by mohammad17 last updated on 18/Dec/20
Answered by physicstutes last updated on 18/Dec/20
$$\mathrm{Exactly} \\ $$$$\:{a}\:+\:{ar}\:+\:{ar}^{\mathrm{2}} \:+…+{ar}^{{n}−\mathrm{1}} \:=\:\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{ar}^{{n}−\mathrm{1}} \:=\:\frac{{a}\left(\mathrm{1}−{r}^{{n}} \right)}{\mathrm{1}−{r}} \\ $$$$\mathrm{for}\:\mathrm{convergence}\:\:\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\:{S}_{{n}} \:=\:\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\:\underset{{r}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{ar}^{{n}−\mathrm{1}} \\ $$$$\Rightarrow\:{S}_{\infty} \:=\:\underset{{n}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\:\left[\frac{{a}\left(\mathrm{1}−{r}^{{n}} \right)}{\mathrm{1}−{r}}\right]\: \\ $$$$\mathrm{if}\:\mid{r}\mid\:<\:\mathrm{1}\:\:\mathrm{then}\:\mathrm{as}\:{n}\:\rightarrow\:\infty\:,\:{r}^{{n}} \:\rightarrow\:\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\:\:{S}_{\infty} \:=\:\frac{{a}}{\mathrm{1}−{r}}. \\ $$$$\mathrm{notice}\:\mathrm{if}\:\mid{r}\mid\:>\:\mathrm{1}\:,\:\:{r}^{{n}} \rightarrow\infty\:\mathrm{as}\:{r}\:\rightarrow\:\infty\: \\ $$$$\Rightarrow\:{S}_{\infty} \:=\:\infty\:\mathrm{thus}\:\mathrm{for}\:\mathrm{convergence},\:\:\:\mathrm{of}\:{S}_{{n}} ,\:\:\mid{r}\mid\:<\:\mathrm{1} \\ $$