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文档简介
作业
(数学分析习题集)习题7.4
一般项级数的敛散性1、1),
4);
5、2),
3);6;
9;
102010/03/05§9.4一般级数一、柯西收敛准则n⒈
a
收敛¥n=1"e
>0,
$N
˛
N*
,当n
>N时,<
e.n+
pk
=n+1k"p
˛
N*
,
恒有
a已证.¥例1.
{an
}单调减,
an
>
0,证明若
an收敛,n=1nfi
¥则lim
nan
=
0.22nn+1+
+
a
<
e
.证明:"e
>0,
$N
>0,
n
>N时,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
=若对任意的e
>0和任意的正整数p,存在N
s.t.<
e.an+1
++
an+
p对"n
>N有¥问级数an是否收敛?n=1¥
e
p,取N
=
p
"e
>0,和任意正数1
,n=1
n<
en
+1pn+
pn+1++
a
<当n
>N时,a二、莱布尼茨(Leibniz)判别法⒈¥n=1n-1(-1)
an
,
an
>
0,设交错级数则¥n=1nn-1(-1)
a
收敛.knn+
pS
-
S
=n+
pk
=n+1(-1)k
-1
a若{an
}递减趋于0,称此类交错级数为
Leibniz
级数证明:"n,p
>0,
p为偶数时:=
(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为奇数时,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
收敛.<
eRn
=S
-Sn
£
an+1
(令p
fi+¥
即得)1¥n例1.
⑴
n=1p(-1)n-1(p
>0)
收敛特别+ -
+1
-
收敛⑵nln
n1
1
1
1
12
3
4 5
-
61¥(-1)n=2收敛¥⑶
n=1(-1)n-1(-1)n-1
(n
+
1
+
n¥n
+
1
-
n)
=
n=1⒉Leibniz级数副产品(误差估计):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
说明:Leibniz判别法中单调性条件不可少三、Abel和Dirichlet判别法¥n=1——
anbn的判敛1.分部求和公式:此时
Sk
=
a1
+
a2
+
+
ak
,
S0
=
0.
ak
bkn
n-1k
=1
k
=1=
Sk
(bk
-
bk
+1)
+
Snbn设{an
},{bn
}是两列实数,则对任意正整数n有注:
DSk
=
Sk
-
Sk
-1
=
ak
,
Dbk
=
bk
+1
-
bkk
k
k
k k
0
可视为nb
DS=
S
bn
-
n-1Sk
Dbk
=1k
=1类似于分部积分公式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证明:2.
Abel引理:设{bn
}单调,Sk
=
a1
+
a2
+
+
ak
,nk
=1若Sk
£
M
,
k
=
1,2,,
n,则
ak
bk
£
M
(
b1
+
2
bn
).n
n-1k
=1
k
=1=
Sk
(bk
-
bk
+1
)
+
Snbn证明:
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单调⒉Sk
有界;3.Dirichlet判别法设{an
},{bn
}是两个数列,
Sk
=
a1
+
a2
+
+
ak
,¥如果它们满足:⒈{bn
}单调fi
0;则
ak
bk收敛.k
=1注:
取a
=
(-1)k
-1
,
|S
|£
1,
b
fl
0,k
k
k则¥kk
-1(-1)
b
收敛.k
=1Dirichlet判别法是Leibniz判别法的推广=
Sn+
p
-
Sn
£
2M证明:an+1
+an+2
+
+an+p£
2M
(
bn+1
+
2
bn+
p
)nfi
¥
lim
bn
=
08Me
,n+1\
"
e
>
0,
$N
˛
N*
,
n
>
N时,
b
<8Me
.b
<n+
p£
2M
(
e
+
2e
)
<
e,8M
8M"
p,n+
pk
=n+1
ak
bk¥\
ak
bk收敛.k
=1n+
p
ak
bkk
=n+14.阿贝尔(Abel)判别法¥k
=1设{ak
},{bk
}满足
1.
{bk
}单调有界
2.
ak收敛,¥则ak
bk收敛.k
=1证明:{bk
}单调有界,\{bk
-b}单调fi
0¥k
=1¥由Dirichlet法,
ak(bk
-
b)收敛.k
=1¥
¥
¥k
=1k
=1k
=1
ak
bk
=
ak
(bk
-
b)
+
b
ak收敛\lim
bk
=b存在,kfi¥
ak收敛,
\
{Sk
}有界.例2.¥nsin
nxn=1p(0
<
x
<
p
,
p
>
0)
"
x
˛
(0,p
)np
1
单调fi
0;nnk
=1k
=12xx
sin
kx
sin2sin1
sin
kx
=2sin1x£由Dirichlet判别法,¥n=1pnsin
nx收敛.同理可证:¥n=1pncos
nx收敛.x
„
2kp例3.¥
cos
3n(1
+
1
)nn=1
n
n解:¥⒈
n=1ncos
3n收敛n⒉
(1
+
1
)n
fi
e)单调有界.(1
+\n1n由Abel,级数收敛.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收敛(莱法)¥1由
(-1)n=1nn¥¥(-1)=
n=1n=1nnncos
2ncos(2n
+np
)
收敛(例2)故原级数收敛.例5.n1
(1
+
1
)n
(5
-
arctan
n)ln
n
n(-1)¥n=21
收敛(莱法)ln
nn¥n=2(-1)解:
(1
+1
)n
单调有界n收敛(Abel
)1
(1
+
1
)nln
n
n\¥(-1)n=2n{5
-arctan
n}单调有界,故原级数收敛(Abel).n=2
n=2¥
¥例6.若{nxn
}收敛,
n(xn
-xn-1
)收敛,则级数
xn收敛k解:
令an
=
xn
,
bn
=1,则Bk
=
bi
=
k,由Abel变换i=1n-1n=
nxn
-
k
(xk
+1
-
xk
)
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