足す順番を変えると和が変わる!絶対収束と条件収束の境目
は に収束する。
同じ項を並べ替えて とすると、和は になる。
足す項はまったく同じで、順番だけを変えた。それで和が変わる。有限個の足し算では起きないことである。
絶対収束と条件収束
級数 について、 が収束するとき絶対収束という[1]。
は収束するのに が発散するとき、条件収束という[1]。
は条件収束である。絶対値をとると調和級数になり、これは発散する[3]。
なら絶対値をとっても収束するので、こちらは絶対収束になる。

絶対収束するなら、もとの級数も収束する[1]。逆は成り立たないので、条件収束という別の枠が要る。
交代級数はいつ収束するか
符号が交互に変わる級数では、次の 2 つがそろえば収束する[1]。
がすべての で成り立ち、 であること[1]。
は減り続けて に向かうので、 は収束する。絶対値のほうは発散したままである。
誤差の評価も付く。 項までの部分和と和の差は、次の項を超えない[1]。
並べ替えると和が変わる
条件収束する級数は、並べ替えによって好きな値に収束させられる[2]。
実数 をどう指定しても、和が になる並べ替えが存在する[2]。 や に発散させることもできる[2]。
リーマンの並べ替え定理と呼ばれる。足し算の順番が結果を変える、という主張である。
なぜそんなことができるのか
条件収束する級数を、正の項だけと負の項だけに分ける。 ならこうなる。
どちらも発散する。前者は 、後者は である。両方が有限なら、絶対値の和も有限になってしまう。

正の項をいくらでも積める。負の項でいくらでも下げられる。しかも 1 つ 1 つの項は に向かう。
目標の値 を決めたら、 を超えるまで正の項を足す。超えたら を下回るまで負の項を足す。これを繰り返す。
行き過ぎの幅は、そのとき使った項の大きさ以下である。項が に向かうので、行き過ぎも に縮む。部分和は に収束する[2]。
例: になる並べ替え
正の項を 2 つ、負の項を 1 つ、という順に並べる。
この並べ方の和は である。もとの の 倍になった。
項を 1 つも足さず、1 つも捨てていない。順番だけが違う。
有限個の足し算では、順番を変えても和は変わらない。
無限個になると、極限をとる順序が結果に効く。並べ替えは部分和の作り方を変えている。
絶対収束なら並べ替えても変わらない
絶対収束する級数では、どんな並べ替えをしても和が変わらない[1][2]。
正の項の和と負の項の和が、それぞれ有限だからである。有限どうしの引き算なので、順番に左右されない。
は絶対収束なので、どう並べ替えても のままである。
並べ替えても和は変わらない。有限の足し算と同じ感覚で扱える
並べ替えで任意の値にできる。項の順番が答えの一部になっている
判定の手順
絶対値をとると符号の情報が消えるので、判定が楽になる。そのぶん、絶対値で発散したときは何も言えていない点に気をつける。
はどれにあたるか。
- 条件収束する
- 絶対収束する
- 発散する
並べ替えの側も確かめる。
条件収束する級数を並べ替えたとき、起こりうるのはどれか。
- 和は必ずもとの値になる
- 好きな実数に収束させられる
- 必ず発散する
リーマンの並べ替え定理から、どの実数を指定してもその値へ収束させる並べ方が存在する。 へ発散させることもできる。もとの値のままにする並べ方もあるので、必ず発散するわけではない。
無限級数では、足す順番が答えの一部になっている。絶対値をとっても収束するかどうか。それがこの自由度を持つかどうかの境目である。













n1 は減り続けて 0 に向かうので、交代級数判定法から収束する。絶対値をとると p=21 の級数になり発散するので、条件収束である。