Prodotto di Cauchy

In analisi matematica, il prodotto di Cauchy (o secondo Cauchy) di due successioni di termine generale $a_{n}$ e $b_{n}$ è la successione avente come termine generale.

$c_{n}:=\sum _{k=0}^{n}a_{k}b_{n-k}.$

Questa operazione è la convoluzione discreta delle due successioni.

Il nome è stato attribuito in onore del suo inventore Augustin-Louis Cauchy.

Serie

Un'importante applicazione di questa definizione si ha nel contesto delle serie: date due serie

$\sum _{n=0}^{+\infty }a_{n},\qquad \sum _{n=0}^{+\infty }b_{n},$

a termini reali o complessi, il loro prodotto di Cauchy è la serie

$\sum _{n=0}^{+\infty }c_{n},\qquad \ {\textrm {con}}\quad c_{n}=\sum _{k=0}^{n}a_{k}b_{n-k}.$

Se entrambe le serie convergono, e almeno una è assolutamente convergente, allora la serie prodotto converge al prodotto delle somme delle due serie di partenza, ossia

$\sum _{n=0}^{+\infty }{c_{n}}=\sum _{n=0}^{+\infty }{a_{n}}\cdot \sum _{n=0}^{+\infty }{b_{n}}$

Se inoltre entrambe le serie convergono assolutamente, allora converge assolutamente anche la serie prodotto.

Osservazione

Il prodotto di due serie convergenti, ma non assolutamente convergenti, può non essere convergente. Ad esempio, il prodotto della serie convergente

$\sum _{n=0}^{+\infty }{\frac {(-1)^{n}}{\sqrt {n+1}}}$

con sé stessa risulta divergente, in quanto il termine generale del prodotto di Cauchy è

${\frac {1}{\sqrt {k+1}}}{\frac {1}{\sqrt {n+1-k}}}\geq {\frac {1}{n+1}},$

che è la serie armonica. La maggiorazione, per il criterio del confronto, implica la divergenza della serie prodotto.

Sommatorie

Se il prodotto avviene tra due sommatorie che non si estendono fino all'infinito, ma fino ad un valore finito $n,$ a termini reali o complessi, il loro prodotto di Cauchy è la sommatoria definita come

$\sum _{k=0}^{n}a_{k}\cdot \sum _{k=0}^{n}b_{k}=\sum _{k=0}^{2n}\sum _{i=0}^{k}a_{i}b_{k-i}-\sum _{k=0}^{n-1}\left(a_{k}\sum _{i=n+1}^{2n-k}b_{i}+b_{k}\sum _{i=n+1}^{2n-k}a_{i}\right)$

purché $a_{k}$ e $b_{k}$ siano definiti per $k$ compreso tra 0 e $2n.$

Nel caso in cui $n\to +\infty$, si ritrova il prodotto di Cauchy per le serie.

Bibliografia

• P. M. Soardi, Analisi Matematica (nuova edizione), Novara, Città Studi Edizioni, 2010, p. 113, ISBN 978-88-251-7359-8.

Voci correlate

• Serie
• Convoluzione
• Funzione olomorfa
• Serie di potenze

Collegamenti esterni

• Prodotto di Cauchy su MathWorld