Что касается метода (второе исправление), то почитайте про обобщенные гармонические ряды. Там это доказательство есть. Возможно, часть его надо будет привести преподавателю, чтобы он вам зачел. Или просто добавить слова, что имеем обобщенный гармонический ряд, который при a=2>1 сходится.