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文檔簡介
作業(yè)
(數(shù)學(xué)分析習(xí)題集)習(xí)題7.4
一般項(xiàng)級(jí)數(shù)的斂散性1、1),
4);
5、2),
3);6;
9;
102010/03/05§9.4一般級(jí)數(shù)一、柯西收斂準(zhǔn)則n⒈
a
收斂¥n=1"e
>0,
$N
?
N*
,當(dāng)n
>N時(shí),<
e.n+
pk
=n+1k"p
?
N*
,
恒有
a已證.¥例1.
{an
}單調(diào)減,
an
>
0,證明若
an收斂,n=1nfi
¥則lim
nan
=
0.22nn+1+
+
a
<
e
.證明:"e
>0,
$N
>0,
n
>N時(shí),aan
fl,
\
2na2n
£
2
an+1
+
+
a2n
<
e.\
lim
2na2n
=
0nfi
¥(2n
+
1)a2n+1
£
2na2n
+
a2n+1
fi
0.
(n
fi
¥
)nfi
¥\
lim
nan
=
0nn
ln
n1反例:
a
=若對任意的e
>0和任意的正整數(shù)p,存在N
s.t.<
e.an+1
++
an+
p對"n
>N有¥問級(jí)數(shù)an是否收斂?n=1¥
e
p,取N
=
p
"e
>0,和任意正數(shù)1
,n=1
n<
en
+1pn+
pn+1++
a
<當(dāng)n
>N時(shí),a二、萊布尼茨(Leibniz)判別法⒈¥n=1n-1(-1)
an
,
an
>
0,設(shè)交錯(cuò)級(jí)數(shù)則¥n=1nn-1(-1)
a
收斂.knn+
pS
-
S
=n+
pk
=n+1(-1)k
-1
a若{an
}遞減趨于0,稱此類交錯(cuò)級(jí)數(shù)為
Leibniz
級(jí)數(shù)證明:"n,p
>0,
p為偶數(shù)時(shí):=
(an+1
-
an+2
+
an+3
-
an+4
+
+
an+
p-1
-
an+
p
)=
an+1
-(an+2
-
an+3
)
-
-
(an+
p-2
-
an+
p-1
)
-
an+
pn+1£
ap為奇數(shù)時(shí),Sn+
p
-
Sn
=
an+1
-
(an+2
-
an+3
)
-
-
(an+
p-1
-
an+
p
)n+1£
a¥n=1nn-1n\lim
S
存在,nfi
¥2<
e2(-1)
a
收斂.<
eRn
=S
-Sn
£
an+1
(令p
fi+¥
即得)1¥n例1.
⑴
n=1p(-1)n-1(p
>0)
收斂特別+ -
+1
-
收斂⑵nln
n1
1
1
1
12
3
4 5
-
61¥(-1)n=2收斂¥⑶
n=1(-1)n-1(-1)n-1
(n
+
1
+
n¥n
+
1
-
n)
=
n=1⒉Leibniz級(jí)數(shù)副產(chǎn)品(誤差估計(jì)):lim¥nnfi
¥nna
=
0(4)
(-1)n-1
an=1(a
?0)且¥¥=
(-1)1n=1
nn=2(-1)n-
nnn
+1n
+(-1)n=
( 2
-1)
-
( 3
+1)
+21
說明:Leibniz判別法中單調(diào)性條件不可少三、Abel和Dirichlet判別法¥n=1——
anbn的判斂1.分部求和公式:此時(shí)
Sk
=
a1
+
a2
+
+
ak
,
S0
=
0.
ak
bkn
n-1k
=1
k
=1=
Sk
(bk
-
bk
+1)
+
Snbn設(shè){an
},{bn
}是兩列實(shí)數(shù),則對任意正整數(shù)n有注:
DSk
=
Sk
-
Sk
-1
=
ak
,
Dbk
=
bk
+1
-
bkk
k
k
k k
0
可視為nb
DS=
S
bn
-
n-1Sk
Dbk
=1k
=1類似于分部積分公式n
n
n
nk
=1k
=1k
=1k
=1
ak
bk
=
(
Sk
-
Sk
-1
)bk
=
Sk
bk
-
Sk
-1bkn
n-1
n-1=
Sk
bk
-
Sk
bk
+1
=
Sk
(bk
-
bk
+1
)
+
Snbnk
=1
k
=0
k
=1證明:2.
Abel引理:設(shè){bn
}單調(diào),Sk
=
a1
+
a2
+
+
ak
,nk
=1若Sk
£
M
,
k
=
1,2,,
n,則
ak
bk
£
M
(
b1
+
2
bn
).n
n-1k
=1
k
=1=
Sk
(bk
-
bk
+1
)
+
Snbn證明:
ak
bkk
=1£
Sk
bk
-
bk
+1
+
Snbn
£
M
(
bk
-
bk
+1
+
bn
)n-1
n-1k
=1=
M
(
b1
-
bn
+
bn
)
£
M
(
b1
+
2
bn
).bn單調(diào)⒉Sk
有界;3.Dirichlet判別法設(shè){an
},{bn
}是兩個(gè)數(shù)列,
Sk
=
a1
+
a2
+
+
ak
,¥如果它們滿足:⒈{bn
}單調(diào)fi
0;則
ak
bk收斂.k
=1注:
取a
=
(-1)k
-1
,
|S
|£
1,
b
fl
0,k
k
k則¥kk
-1(-1)
b
收斂.k
=1Dirichlet判別法是Leibniz判別法的推廣=
Sn+
p
-
Sn
£
2M證明:an+1
+an+2
+
+an+p£
2M
(
bn+1
+
2
bn+
p
)nfi
¥
lim
bn
=
08Me
,n+1\
"
e
>
0,
$N
?
N*
,
n
>
N時(shí),
b
<8Me
.b
<n+
p£
2M
(
e
+
2e
)
<
e,8M
8M"
p,n+
pk
=n+1
ak
bk¥\
ak
bk收斂.k
=1n+
p
ak
bkk
=n+14.阿貝爾(Abel)判別法¥k
=1設(shè){ak
},{bk
}滿足
1.
{bk
}單調(diào)有界
2.
ak收斂,¥則ak
bk收斂.k
=1證明:{bk
}單調(diào)有界,\{bk
-b}單調(diào)fi
0¥k
=1¥由Dirichlet法,
ak(bk
-
b)收斂.k
=1¥
¥
¥k
=1k
=1k
=1
ak
bk
=
ak
(bk
-
b)
+
b
ak收斂\lim
bk
=b存在,kfi¥
ak收斂,
\
{Sk
}有界.例2.¥nsin
nxn=1p(0
<
x
<
p
,
p
>
0)
"
x
?
(0,p
)np
1
單調(diào)fi
0;nnk
=1k
=12xx
sin
kx
sin2sin1
sin
kx
=2sin1x£由Dirichlet判別法,¥n=1pnsin
nx收斂.同理可證:¥n=1pncos
nx收斂.x
?
2kp例3.¥
cos
3n(1
+
1
)nn=1
n
n解:¥⒈
n=1ncos
3n收斂n⒉
(1
+
1
)n
fi
e)單調(diào)有界.(1
+\n1n由Abel,級(jí)數(shù)收斂.nn
sin2
n¥n=1例4.
(-1)解:sin2
n
=1
-cos
2n¥¥¥1=
(-1)n=1-
(-1)n=1n\
(-1)n=12nn+1
cos
2nn
2n2n
sin2
n收斂(萊法)¥1由
(-1)n=1nn¥¥(-1)=
n=1n=1nnncos
2ncos(2n
+np
)
收斂(例2)故原級(jí)數(shù)收斂.例5.n1
(1
+
1
)n
(5
-
arctan
n)ln
n
n(-1)¥n=21
收斂(萊法)ln
nn¥n=2(-1)解:
(1
+1
)n
單調(diào)有界n收斂(Abel
)1
(1
+
1
)nln
n
n\¥(-1)n=2n{5
-arctan
n}單調(diào)有界,故原級(jí)數(shù)收斂(Abel).n=2
n=2¥
¥例6.若{nxn
}收斂,
n(xn
-xn-1
)收斂,則級(jí)數(shù)
xn收斂k解:
令an
=
xn
,
bn
=1,則Bk
=
bi
=
k,由Abel變換i=1n-1n=
nxn
-
k
(xk
+1
-
xk
)
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