2016考研数学数项级数敛散性判定解题思路总结

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级数收敛与发散的判定方法

级数收敛与发散的判定方法级数是由一系列连加的无穷项组成的数列。

在数学中，判断一个级数是收敛还是发散是一个重要的问题。

下面我将介绍几种常见的方法来判定级数的收敛性或发散性。

一、正项级数收敛判定法正项级数是指级数的每一项都是非负数。

对于正项级数，我们可以使用以下几种方法来判定其收敛性或发散性。

1. 比较判别法：如果一个正项级数的每一项都小于等于另一个已知收敛的正项级数的对应项，那么这个级数也是收敛的；如果一个正项级数的每一项都大于等于另一个已知发散的正项级数的对应项，那么这个级数也是发散的。

2. 比值判别法：对于正项级数，计算相邻两项的比值，如果这个比值的极限存在且小于1，则级数收敛；如果大于1，则级数发散；如果等于1，则无法判定。

3. 根值判别法：对于正项级数，计算相邻两项的根的比值，如果这个比值的极限存在且小于1，则级数收敛；如果大于1，则级数发散；如果等于1，则无法判定。

二、交错级数收敛判定法交错级数是指级数的每一项交替正负。

对于交错级数，我们可以使用以下方法进行判定。

1. 莱布尼茨判别法：对于交错级数，如果级数的每一项绝对值递减趋向于零，并且满足单调性条件，即后一项的绝对值不大于前一项的绝对值，那么该级数收敛。

三、级数收敛判定法对于非正项级数，也有一些方法可以判定其收敛性。

1. 绝对收敛判别法：如果一个级数的绝对值级数收敛，那么原级数也收敛。

2. 条件收敛判别法：如果一个级数是收敛的但不是绝对收敛的，那么它是条件收敛的。

四、其他级数的判定方法除了上述常见的判定法外，还有一些特殊的级数判定方法。

1. 积分判别法：将一个级数与一个函数的积分进行比较，如果积分收敛，则级数收敛；如果积分发散，则级数发散。

2. 定积分法：将级数的前n项求和表示为一个关于n的函数，然后对该函数进行定积分，如果定积分收敛，则级数收敛；如果定积分发散，则级数发散。

总结：级数的收敛与发散的判定方法有比较判别法、比值判别法、根值判别法、莱布尼茨判别法、绝对收敛判别法、条件收敛判别法、积分判别法和定积分法等。

关于正项级数敛散性判定方法的总结比较

关于正项级数敛散性判定方法的总结比较正项级数指的是所有项都是正数的级数。

求解正项级数的敛散性是数学分析、高等数学、物理等学科中经常使用的基本问题。

以下是关于正项级数敛散性判定方法的总结。

1. 通项公式法如果正项级数的通项公式可以明确地表示出来，那么可以通过解析判断级数的敛散性。

例如：$\sum\limits_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n^2}$，该级数的通项公式为$\frac{1}{n^2}$，由于是调和级数的平方，因此它是收敛的。

但如果通项公式不容易明确表示出来，就需要采用其他方法。

2. 比较判别法当正项级数与一个已知收敛或发散的级数的通项公式形式非常类似时，就可以使用比较判别法。

若存在一个收敛级数$\sum\limits_{n=1}^{\infty} a_n$，则当正项级数$\sum\limits_{n=1}^{\infty} b_n$满足$\lim\limits_{n\to\infty}\frac{b_n}{a_n}=c>0$时，$\sum\limits_{n=1}^{\infty}b_n$与$\sum\limits_{n=1}^{\infty} a_n$同时敛散。

其中，$a_n$和$b_n$都是正数。

3. 极限比值法极限比值法也叫作柯西-黎曼判别法。

该方法需要计算正项级数的项数无穷大时的比值$\lim\limits_{n\to\infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}$，如果该比值$<1$，则级数收敛；如果$>1$，则级数发散；如果$=1$，则判别不出敛散性。

此外，当无法计算极限时，也可以将比值的极限转化为自然对数的形式再进行计算。

将正项级数转化为积分形式，再判断积分的敛散性。

若存在一个$a>0$，使得函数$f(x)$在$[a,+\infty)$上单调递减且非负，则当正项级数$\sum\limits_{n=1}^{\infty} a_n$的通项公式为$a_n=f(n)$时，级数敛散与积分$\int_a^{+\infty} f(x)dx$的敛散性相同。

考研数学数项级数敛散性判定解题思路总结

2016考研数学数项级数敛散性判定解题思路总结数项级数敛散性判定是考研数学一数三考试的重点题型，而且是考试的难点，为了便于同学们解题，文都考研高端数学老师帮大家总结了此种题型的解题思路和常用结论，希望对大家的学习有帮助。

1.解题思路若有两个收敛，则第三个收敛;若其中一个收敛，另一个发散，则第三个发散;若有两个发散，则第三个敛散性不确定;若有两个绝对收敛，则第三个绝对收敛;若其中一个绝对收敛，另一个条件收敛，则第三个条件收敛;若有两个条件收敛，则第三个收敛，但不能判断它是绝对收敛还是条件收敛。

1.林黛玉：三生石畔，灵河岸边，甘露延未绝，得汝日日倾泽。

离恨天外，芙蓉潇湘，稿焚情不断，报汝夜夜苦泪。

2.薛宝钗：原以为金玉良缘已成，只待良辰，奈何君只念木石前盟，纵然艳冠群芳牡丹姿，一心只怜芙蓉雪。

3.贾元春：贤孝才德，雍容大度，一朝宫墙春不再，一夕省亲泪婆娑。

昙花瞬息，红颜无罪，到底无常。

4.贾探春：虽为女流，大将之风，文采诗华，见之荡俗。

诗社杏花蕉下客，末世悲剧挽狂澜，抱负未展已远嫁。

5.史湘云：醉酒卧石，坦荡若英豪，私情若风絮，嫁与夫婿博长安，终是烟销和云散，海棠花眠乐中悲。

6.妙玉：剔透玲珑心，奈何落泥淖，青灯古佛苦修行，高洁厌俗袅亭亭。

可惜不测之风云，玉碎冰裂，不瓦全。

7.贾迎春：沉默良善，见之可亲，深宅冷暖，累遭人欺，腹中无诗情风骚，膺内缺气概魄力。

空得金黄迎春名，可怜一载赴黄泉。

8.贾惜春：高墙白曼陀，冷水伴空门。

孤寒寂立一如霜，如何能得自全法？狠心舍弃近身人。

侯门金簪冰雪埋，海灯僻冷长弃世。

9.王熙凤：毒酒甘醇，罂粟灿艳，锦绣华衣桃花眼，眼明刀锋吊梢眉。

何幸七窍玲珑心，只惜冷硬霜凝集。

千机算尽，反误性命。

10.11.12.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.。

数项级数敛散性判别方法

数项级数敛散性判别方法-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1华北水利水电大学课题 : 数项级数敛散性判别方法（总结）专业班级:水利港航39班成员组成:丁哲祥 1联系方式:数项级数敛散性判别法（总结）摘要：数项级数是逼近理论中的重要内容之一，也是高等数学的重要组成部分。

本章我们先介绍数项级数的一些基本性质和收敛判别方法然后讨论函数的幂级数展开和三角级数展开。

我们这学期学习过的数项级数敛散性判别法有许多，本文对数项级数敛散性的判别方法进行了分析归纳总结，得到的解题方法。

以便我们更好的掌握它。

关键词：数项级数敛散性判别方法总结Severalseriesgatheredofthecriterionscatteredmethod(summary)Abstract：Thesequenceseriesisoneofthemaincontentsinthemathematical analysis.Welearnthissemestertheseveralseriesgatheredofthecriterionhas manyscatteredmethod,thispaperfoldingaseriesoflogarithmscattereddiscr iminantmethodisanalyzedsum-up,gettheproblemsolvingmethod. Key?words:Severalseries;Gatheredscatteredsex;Identifyingmethod;analysissummary一. 数项级数的定义：数项级数的定义设{a n }是一个数列，则称表达式a 1+a 2+a 3+…a n +… 为（常数项）无穷级数，简称数项级数或级数，记为∑∞=1n n a 或∑n a 称a n 为级数的通项或一般项。

下面举几个例子：（1）1+2+3+4+5+6+…+n+…=∑n ；（2）1- n n 1)1(413121--++-+ +…= ∑--nn 1)1(常见的数项级数正项级数：级数中所有项均大于等于零。

第十二章无穷级数(解题方法归纳)

第十二章解题方法归纳一、正项级数敛散性的判定方法 1. 一般项极限不趋于零则级数发散. 2. 比较审敛法3. 比较审敛法的极限形式4. 比值审敛法5. 根值审敛法1. 一般项极限不趋于零则级数发散例1 判定级数1123(0)s s s s n n n s ∞==+++++>∑的敛散性.解由于lim 0sn n →∞=+∞≠，所以1s n n ∞=∑发散.『方法技巧』无论是正项级数还是任意项级数，判定其敛散性时一般第一步都是验证一般项的极限是否为零. 2. 比较审敛法例2 判定级数21(0)1nnn a a a∞=>+∑的敛散性. 解当01a <<时，21n n n a a a <+，而1nn a ∞=∑收敛，所以211n nn a a∞=+∑收敛. 当1a >时，2211n n n nn a a a a a ⎛⎫<= ⎪+⎝⎭，而11nn a ∞=⎛⎫⎪⎝⎭∑收敛，故211n n n a a ∞=+∑收敛. 当1a =时，2112n na a =+，而112n ∞=∑发散. 所以，级数211nnn a a∞=+∑在1a ≠时收敛；在1a =时发散. 『方法技巧』比较审敛法中，选作参照物的级数可以是p -级数，也可以是等比级数.3. 比较审敛法的极限形式例3 判定级数311ln n n∞=∑的敛散性.解取1n v n=，则 3331ln lim limlim lim 1ln ln n n n n x nu n x n v n x n →∞→∞→∞→+∞=== 2lim lim lim 3ln 6ln 6x x x x x xx x →+∞→+∞→+∞====+∞，而11n n ∞=∑发散，由比较审敛法的极限形式得311ln n n∞=∑发散.4. 比值审敛法例4 判定级数1!nn n n e n∞=∑的敛散性.解 111(1)!lim lim lim 11(1)!(1)n n n n n n n n n n u n e n eu n n e n+++→∞→∞→∞+=⋅==++，无法断言原级数是否收敛，但11(1)nen>+，从而n u 单调递增且1u e =，故l i m 0n n u →∞≠，所以，1!nn n n e n∞=∑发散.5. 根值审敛法例5 判定级数221(1)2n nn n n n∞=+∑的敛散性.解(1)11lim lim(1)1222n n n n n n n en n →∞→∞+==+=>，故由根值审敛法知221(1)2n nn n n n∞=+∑发散.二、任意项级数敛散性的判定例6 试研究级数1(1)(0)1n nn aa n a ∞=->+∑是绝对收敛、条件收敛还是发散. 解先考虑级数1(1)nn an a ∞=+∑的敛散性.当1a >时，11(1)n n a n a a -<+，而111n n a ∞-=∑收敛，故由比较审敛法得1(1)nn an a ∞=+∑收敛，从而1(1)1n nn an a ∞=-+∑绝对收敛. 当1a ≤时, (1)2n a a n a n >+,而12n a n ∞=∑发散，故由比较审敛法得1(1)nn an a ∞=+∑发散. 下面讨论级数1(1)1n nn an a ∞=-+∑的敛散性. 令()(1)x f x x a =+，则()1ln x x f x a xa a '=++,当x 充分大时，()ln [2ln ]0x f x a a x a ''=+<，所以()f x '单调递减，且1l i m ()1l n l i m 1l n l i m 1l n l i m ln x x x x x x x x f x a xaa a a aa--→+∞→+∞→+∞→+∞'=+=+=+- 11l i m 1x x a-→+∞=-=，所以()1f x '>，函数()(1)x f x x a =+单调增加，故(1)nan a +单调减少，且 lim 0(1)n n a n a →∞=+，所以交错级数1(1)1n n n a n a ∞=-+∑收敛，故1(1)1n n n a n a ∞=-+∑条件收敛. 『方法技巧』正项级数敛散性取决于参数a 的取值，因此先就a 的情况进行了讨论，另交错级数数列{}n u 的单调性应用函数的导数来说明. 三、幂级数的收敛半径、收敛域的求法 1.不缺项的幂级数收敛半径的求法 2. 缺项的幂级数收敛半径的求法3. 非标准形式的幂级数收敛半径、收敛域的求法 1.不缺项的幂级数收敛半径的求法例7 求幂级数1132nn nn x n ∞=+∑的收敛半径. 解由于级数是不缺项的，故1111213213limlim lim 3321233n n n n n n n n n n n a n R a n +++→∞→∞→∞+⎛⎫+ ⎪++⎝⎭==⋅==+⎛⎫+ ⎪⎝⎭，所以幂级数1132nn nn x n ∞=+∑的收敛半径为3. 2. 缺项的幂级数收敛半径的求法例8 求幂级数212nn n n x ∞=∑的收敛域. 解由于级数缺项，故需要采用正项级数的比值（根值）审敛法确定收敛半径，故22211()(1)21lim lim lim 1()22(1)2n n n n n n nu x n n x x x u x n n ++→∞→∞→∞+===<+，解得x <R =.又当x =1n n ∞=∑，显然1n n ∞=∑发散，故收敛域为(.3. 非标准形式的幂级数收敛半径、收敛域的求法例9 求级数1(1)()21n nn x n x ∞=-+∑的收敛域.解令21x t x =+，则原级数变形为1(1)n nn t n ∞=-∑，此时级数不缺项，故11limlim 1n n n n a n R a n→∞→∞++===，当1t =-时，11n n ∞=∑发散；当1t =时，1(1)nn n ∞=-∑收敛；故1(1)n nn t n ∞=-∑的收敛域为(1,1]-，从而原级数在1121x x -<≤+内收敛，故级数1(1)()21n nn x n x ∞=-+∑的收敛域为1x ≤-或13x >-. 四、幂级数和函数的求法1. 利用微分、积分的方法求和函数2. 转化为微分方程求和函数3．利用已知的函数的幂级数展开式求和函数 1. 利用微分、积分的方法求和函数例10 求幂级数0(21)n n n x ∞=+∑的和函数.解因为123limlim 1,21n n n n a n R a n →∞→∞++===+ 且1x =±时级数发散，故幂级数的收敛域为(1,1)-设0()(21)2nnn n n n S x n x nx x ∞∞∞====+=+∑∑∑（直接积分无效，只能进行拆项）记 10()2nn S x nx ∞==∑1111122(())2()xn n n n n n x nxx nxdx x x ∞∞∞--===''===∑∑∑⎰222,111(1)x x x x x x '⎛⎫==-<< ⎪--⎝⎭201(),111n n S x x x x∞===-<<-∑所以 1222211()()(),111(1)(1)x xS x S x S x x x x x +=+=+=-<<---. 2. 转化为微分方程求和函数例10 求幂级数40(4)!nn x n ∞=∑的和函数.解易求此幂级数的收敛域为(,)-∞+∞.设40()(4)!n n x y x n ∞==∑，则411()(41)!n n x y x n -∞='=-∑，421()(42)!n n x y x n -∞=''=-∑，431()(43)!n n x y x n -∞='''=-∑，444(4)10()()(44)!(4)!n n n n x x y x y x n n -∞∞=====-∑∑，因此，(0)1,(0)(0)(0)0y y y y ''''''====且(4)()()0y x y x -=,由常系数齐次线性方程组的解法有 1234cos sin x x y C e C e C x C x -=+++，由初始条件得123411,,042C C C C ====,从而11()()cos 42x x y x e e x -=++，故 4011()cos (,)(4)!42n x x n x e e x x n ∞-==++∈-∞+∞∑.3．利用已知的函数的幂级数展开式求和函数例11 求幂级数21013!n n n n x n ∞+=+⋅∑的和函数.解令 22100011(1)1()3!3!3!n n nn n nn n n n n n n n S x x x x x x n n n ∞∞∞+===++-++===⋅⋅⋅∑∑∑ 000(1)3!3!3!n n n n n n n n n n n n x x x x n n n ∞∞∞===⎛⎫-=++ ⎪⋅⋅⋅⎝⎭∑∑∑210333(2)!(1)!!n n nn n n x x x x n n n ∞∞∞===⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ⎪=++ ⎪-- ⎪⎝⎭∑∑∑2122103333(2)!3(1)!!n n n n n n x x x x x x n n n --∞∞∞===⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎛⎫⎛⎫⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ⎪=++ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭∑∑∑ 22331(1)3393x xx x x xxe x e ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=++=++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭，(,).x ∈-∞+∞五、常数项级数的和1. 利用定义求常数项级数的和2. 利用幂级数的和函数求常数项级数的和3. 利用级数的傅里叶级数求常数项级数的和 1. 利用定义求常数项级数的和例12 求级数21(1)(2)n n n n ∞=++∑的和.解因为11(2)111(1)(2)2(1)(2)2(1)(1)(2)n n n u n n n n n n n n n n ⎡⎤⎡⎤+-===-⎢⎥⎢⎥+++++++⎣⎦⎣⎦，1111111212343445(1)(1)(2)n S n n n n⎧⎫⎡⎤⎡⎤⎡⎤=-+-++-⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⨯+++⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎩⎭ 111212(1)(2)n n ⎧⎫=-⎨⎬⨯++⎩⎭， 1111l i m l i m 212(1)(2)4n n n S n n →∞→∞⎧⎫==-=⎨⎬⨯++⎩⎭. 故 211(1)(2)4n n n n ∞==++∑. 2. 利用幂级数的和函数求常数项级数的和例13 求级数11(1)(21)!n n nn -∞=-⋅+∑的和.解由于级数中含因子1(21)!n +，因而考虑sin x 的展开式，故幂级数设为缺项形式. 令1211(1)(),(,)(21)!n n n n S x x x n -∞-=-⋅=∈-∞+∞+∑，则1112212100111(1)1(1)21(1)()(21)!2(21)!2(21)!n n n nxxx n n n n n n n x S x dx x dx x dx n n n ---∞∞∞--===-⋅-⋅-===+++∑∑∑⎰⎰⎰ 12121101(1)1(1)1()(sin )2(21)!2(21)!2n n n n n n x x x x x x n x n x-++∞∞==--==-+=-++∑∑，求导得 21sin cos ()[(sin )],022x x xS x x x x x x -'=-=≠. 故级数11(1)1(1)(sin1cos1)(21)!2n n n S n -∞=-⋅==-+∑.『方法技巧』所求常数项级数的一般项中若含有 !,(21)!,(21)!n n n +-时，所构造的幂级数的和通常为,sin ,cos x e x x 等，注意灵活运用幂级数球和函数的方法.3. 利用级数的傅里叶级数求常数项级数的和例14 将函数()2(1)f x xx =+≤展开成以2为周期的傅里叶级数，并求级数由于()2f x x =+是偶函数，故0,(1,2,)n b n ==,211n n∞=∑的和.解 10002()2(2)5la f x dx x dx l ==+=⎰⎰,1100022()cos 2(2)cos sin l n n x a f x dx x n xdx xd n xdx l l n ππππ==+=⎰⎰⎰ 1110022022{sin sin }cos x n x n xdx n x n n πππππ=-=⎰ 222224[(1)1](1,3,5,)n n n n ππ-=--==,所以22254112{cos cos3cos5}(11)235x x x x x ππππ+=-+++-≤≤, 当0x =时,有22222154115412{1}2352(21)n n ππ∞==-+++=-+∑，即222115(2)(21)428n n ππ∞==-=+∑, 2222211111111111(21)(2)(21)4n n n n n n n n n n ∞∞∞∞∞======+=+++∑∑∑∑∑, 故 222113114(21)8n n n n π∞∞====+∑∑，所以 222114386n n ππ∞==⋅=∑. 六、函数展开为幂级数的方法 1.直接展开的方法 2.间接展开的方法例15 将函数()sec f x x =展开成x 的幂级数.解由于()sec f x x =是偶函数，它的导数必是奇函数，即(21)()n f x -是奇函数，因而(21)(0)0n f-=，因此()sec f x x =展开式中奇次幂的系数(21)(0)0(21)!n f n -=-，即()f x 幂级数展开式中只含x 的偶次幂，故可设220sec n n n x a x ∞==∑，而sec cos 1x x ⋅=，其中 24cos 1()2!4!x x x x =-++-∞<<+∞，故2424024sec cos ()(1)12!4!x x x x a a x a x ⋅=+++⋅-++=，比较系数得00002411,10,10,2!2!4!a a aa a a ⋅=⋅-=⋅-+= 所以 024141,,,225a a a ===，因此， 2414sec 1225x x x =+++.『方法技巧』本题虽然采用间接的方法，但与以前的例题有所不同的是利用了函数自身的性质以及三角恒等式的关系.同理，你可以试着将()1xxf x e =+展开为x 的幂级数.七、函数展开为傅里叶级数例16 ()f x 在[,]ππ-上满足()()f x f x π+=，试证其傅里叶系数21210n n a b --==. 证211()cos(21)n a f x n xdx πππ--=-⎰ 011()cos(21)()cos(21)f x n xdx f x n xdx ππππ-=-+-⎰⎰令x t π=+，则00()cos(21)()cos(21)()cos(21)f x n xdx f t n tdt f x n xdx πππππ---=-+-=-+-⎰⎰⎰故210n a -=，同理.七、综合杂例例17 证明柯西积分判别法，并判定级数21ln(!)n n ∞=∑的敛散性. 设()f x 在1x ≥上非负、连续且单调递减，则1()n f n ∞=∑与1()f x dx +∞⎰同敛散.证由于1k x k ≤≤+时，(1)()()f k f x f k +≤≤，因此11(1)()()k k k ka f k f x dx f k a ++=+≤≤=⎰,从而 11111()()nnnk k k kik k k a f x dx f x dx a +∞+===≤=≤∑∑∑⎰⎰，即 111()nnk k ik k a a f x dx a ∞==-≤≤∑∑⎰，由上式知1()n f n ∞=∑与1()f x dx +∞⎰敛散性一致.因为111l n (!)l n 1l n 2l n l nn nn n =>+++，又因为 221ln ln ln dx x x x+∞+∞==+∞⎰发散，故由柯西积分判别法知21ln n n n∞=∑发散，再由比较审敛法得级数21ln(!)n n ∞=∑发散. 例18(09 数一) 设n a 为曲线n y x =与1(1,2,)n y x n +==所围成区域的面积，记11n n S a ∞==∑，2211n n S a ∞-==∑，求12,S S 的值.解曲线 n y x =与1n y x +=的交点为(0,0),(1,1).所以11121001111()()1212n n n n n a x x dx x x n n n n +++=-=-=-++++⎰. 从而1111111111lim lim()lim()2312222Nn n N N N n n S a a N N N ∞→∞→∞→∞=====-++-=-=+++∑∑， 221111111111()22123456Nn n n S a n n ∞-====-=-+-+-+∑∑，由于23111ln(1)(1)23nn x x x x x n-+=-+++-+，令2x =，则211111ln 21()123456S =--+-+-=-，所以21ln 2S =-.。

关于数项级数敛散性的判定(可编辑修改word版)

n 3 5 n2 353关于数项级数敛散性的判定1、问题的提出数项级数敛散性的判别问题，是数学分析的一个重要部分.数项级数，从形式上看，就是无穷多个项的代数和，它是有限项代数和的延伸，因而级数的敛散性直接与数列极限联系在一起，其判别方法多样，技巧性也强，有时也需要多种方法结合使用，同时，无穷级数已经渗透到科学技术的很多领域，成为数学理论和应用中不可缺少的工具，所以研究数项级数的判定问题是很重要的.2、熟练掌握并准确应用级数的概念、性质和判定定理2.1 数项级数收敛的定义∞ ∞数项级数∑un 收敛⇔ 数项级数∑u n 的部分和数列{S n }收敛于 S .n =1n =1这样数项级数的敛散性问题就可以转化为部分和数列{S }的极限是否存在的问题的讨论，但由于求数列前 n 项和的问题比较困难，甚至可能不可求，因此，在实际问题中，应用定义判别的情况较少.2.2 数项级数的性质∞ ∞∞（ 1）若级数∑un 与∑vn 都收敛，则对任意常数 c,d, 级数∑(cun+ dv n ) 亦收敛，且n =1 n =1n =1∞∞∞ ∞∞∑(cun+ dv n ) = c ∑u n + d ∑v n ;相反的，若级数∑(cu n + dv n ) 收敛，则不能够推出级数∑u n 与n =1 n =1n =1n =1n =1∑vn 都收敛.n =1∞∞∞注：特殊的，对于级数∑un 与∑vn ，当两个级数都收敛时，∑(un± v n ) 必收敛；当其中一个n =1 n =1n =1∞∞收敛，另一个发散时，∑(un± v n ) 一定发散；当两个都发散时， ∑(u n ± v n ) 可能收敛也可能发散.n =1n =1∞1 1 ∞1 1例 1 判定级数∑( n n =1 + n ) 与级数∑( + n ) 的敛散性.n =1∞1∞1∞11解：因为级数∑ nn =1与级数∑ nn =1收敛，故级数∑( nn =1∞1 2 -1 n - 1 n + 1n - 1 n =1 ⎢ ∞∞1∞1∞1 1因为级数∑ n 发散，级数∑ 2n 收敛，故级数∑( n + 2n ) 发散.n =1 n =1 n =1（2）改变、增加或去掉级数的有限个项不会改变原级数的敛散性.（3）在收敛级数的项中任意加括号，既不改变级数的敛散性，也不改变它的和.即收敛的级数在不改变各项顺序的情况下，对它的各项任意加括号后，得到的新级数还是收敛的；加括号后得到的新级数发散，那么原级数也是发散的.例 2 判定级数-+ + 1 - 1+ 的敛散性.∞ ⎛11 ⎫ 1 1 2∞ 2 解：先考察级数∑ n =1 ⎝ - ⎪ ，因为u n = - n + 1⎭= n - 1 ，而级数∑ n - 1 发散，由于加括号后得到得新级数发散，则原级数发散.∞∞（4）级数收敛的必要条件若级数∑un 收敛，则lim u n = 0 .若lim u n ≠ 0 ，则级数∑u n 发散.n =1n →∞n →∞n =12.3 判定定理2.3.1 级数收敛的柯西准则级数∑un 收敛n =1⇔ ∀> 0 , ∃N ∈ N *, 使得当 m > N 以及∀p ∈ N * ,都有u m +1 + u m +2 + + u m + p < .例 1 用柯西准则判别级数∑ sin 2n 2n的敛散性.证明：由于u m +1 + u m +2 + + u m + p =+ sin 2m +22m +2+ +< 1 2m +1+ 1 2m +2+ + 1 2m + p = 1- 2m 1 < 1 2m + p 2m因此，对于任意的 > 0 .取 N = ⎡log⎣1 ⎤ 使得当 m > N 及任意的2⎥⎦p ∈ N * ,由上式就有u m +1 + u m +2 + + u m + p < 成立，故由柯西准则可推出原级数收敛.2.3.2 正项级数判别法（1）正项∑un 收敛⇔ 它的部分和数列{S n }有界.∞ 1 2 + 1 n - 1 n + 1 sin 2m +12m +1 sin 2m + p2m + pn 4(n +1) n 4• nn ∞∞∞∞∞ ∞（2）比较判别法如果∑un 和∑vn 是正项级数，若存在某整数N ，对一切 n > N 都有u n ≤ v nn =1n =1∞∞∞∞(i) 若级数∑vn 收敛，则级数∑un 也收敛；（ii ）若级数∑un 发散，则级数∑vn 也发散.n =1n =1n =1n =1等比级数和 P-级数的敛散性①等比级数∑ a q n = a + aq + aq 2 + + aq n + ，当 q < 1 时，级数收敛；当 q ≥ 1 时，级数n =1发散.∞1②P -级数∑ p，当 p ≤ 1时，发散；当 p > 1时，收敛.n =1例 2 判别级数∑1解：因为u n =敛.的敛散性.<1 =1n2，而且 P-级数∑1收敛，由比较判别法知该级数收5 n2∞∞u n （3）比较判别法的极限形式如果∑un 和∑vn 是正项级数(v n ≠ 0) ，如果lim= l ，则n =1 n =1 n →∞v n∞∞∞（i ）当0 < l < +∞ 时，∑un 和∑vn 同时收敛或发散；（ii ）当l = 0 时， ∑v n 收敛时，n =1n =1 n =1∞∞∞∑un也收敛；（iii ）当l = +∞ 时，∑vn 发散时，∑un 也发散.n =1n =1n =1例 3 判别级数∑(na - 1)(a > 1)的敛散性.解：因为lim 令t = 1 lim a t - 1 = lim a tln a = ln a ,而正项级数∑ 1 发散，由比较原则 n →∞ 1 nn t →0 t t →0 1 n的极限形式知原级数发散.(4) 比式判别法如果∑u n 为正项级数,且 n =1u n +1u n= ，∞∞（i ）若0 < < 1，则∑un 收敛；（ii ）若≥ 1， ∑u n 发散.n =1n =1n 4(n + 1)na - 1 1 5∑∞1例 4 判别级数 (n + 1)! 的敛散性.10n解：因为limu n +1= lim (n + 2)! • 10n = lim n + 2= +∞ ，所以由比式判别法知原级数发散. n →∞u nn →∞ 10n +1 (n + 1)! ∞n →∞ 10u n +1(5) 比式判别法的极限形式如果∑un 为正项级数，且lim=，则n =1n →∞ u n∞∞（i ）若< 1，则∑un 收敛；（ii ）若> 1或= +∞ 时， ∑u n 发散.n =1n =1例 5 判别级数∑ 解：因为lim u n +1 3n • n ! nn= lim的敛散性.3n +1(n + 1)! • n n = lim 3= 3 > 1 ，所以由比式判别法的极限形n →∞ u nn →∞ (n + 1)n +1 3n n ! n →∞ ⎛1 + ⎝ 1 ⎫ne ⎪ ⎭式知原级数发散.∞∞（6）根式判别法如果∑un 为正项级数，（i ）如果 n u nn =1≤ < 1，则∑u n 收敛；（ii ）若 n =1≥ 1 ，则级数∑un 发散.n =1(7) 根式判别法的极限形式如果∑un 为正项级数，还有lim n u n =，n =1n →∞∞∞（i ）当< 1时，则∑un 收敛；（ii ）当> 1时，则∑u n 发散.n =1n =1⎛ n ⎫n例 6 判别级数∑ 2n + 1⎪ 的敛散性.⎝解：因为lim ⎭= lim n = 1 < 1，所以由比式判别法极限形式知原级数收敛. n →∞ n →∞ 2n + 1 2 +∞(8) 积分判别法若 f (x ) 为[1,+∞) 上的非负减函数，那么正项级数∑ f (n ) 与反常积分 ⎰1收敛或同时发散.例 7 判别级数∑n 2 + 1的敛散性.f (x )dx 同时解：设 f (x ) = 1 ，则 f (x ) 在[1,+∞) 上为非负单调递减函数，而 +∞ dx =x 2 + 1故由积分判别法知原级数收敛.⎰11 + x 24∞ n u n n ⎛ n ⎫n ⎝ 2n + 1⎭⎪ n∞∞nn∞∞ ⎛ u n⎫(9) Raabe 判别法设u n > 0 ， R n = n un +1 - 1⎪, n = 1,2, .⎭(i) 若存在 q > 1 及正整数 N ,使得当 n ≥ N 时有 R n ≥ q ，则级数∑un 收敛；n =1(ii ）若存在正整数 N ,使得当 n ≥ N 时有 R n ≤ 1，则级数∑un 发散.n =1(10) Raabe 判别法的极限形式设∑un 是正项级数，且有lim R n = r ，n =1n →∞（i ）若 r > 1 ,则级数∑un 收敛；n =1（ii ）若 r < 1,则级数∑un 发散.n =1例 8 判别级数∑ (2n - 1)!! (2n )!! ⋅ 1 的敛散性.2n + 1解：容易验证，因为→ 1(n → ∞)这个级数用比式判别法和根式判别法都失效，这时可以用 Raabe⎛ u n⎫ ⎧(2n + 2)(2n + 3) ⎫ (6n + 5)n 3判别法.此时， R n = n u- 1⎪ = n ⎨ (2n + 2)2 - 1⎬ = (2n + 1)2 → (n → ∞).由 Raabe 判别 2 ⎝ n +1 ⎭ ⎩ ⎭法知原级数收敛.正项级数的判别方法有很多种，下面总结一下这几种方法的选择顺序:①若lim u 易于求的，考察 n →∞lim u n 的值： lim u n ≠ 0 ，则依据级数收敛的必要条件，知级数发散；②若lim u n = 0 ，不能直接判断n →∞n →∞n →∞级数是收敛还是发散，此时用比式判别法或根式判别法，当< 1时，级数收敛；若> 1或= +∞ 时，级数发散；③当= 1时，级数可能收敛也可能发散，此时用比较判别法，找出一个已知敛散性的级数与之比较，然后根据比较判别法或其极限形式判定级数的敛散性，当然，对于一些具体问题，我们应该根据其特点分析，找到更简便的判别方法.2.3.3 一般项级数的判别方法（1）交错级数判别法∞Leibniz 判别法若交错级数 ∑(-1)n +1u n =1n（ u n > 0 ），满足下述两个条件：（i ）数列{u n}单调递减；（ii ） lim u = 0 ,则级数收敛. n →∞∞ ∞ ⎝∞∞n →∞n →∞n →∞注：用 Leibniz 判别法判定u n > u n +1 u 时，可以用以下几种方法：①比值法：考察是否有 u > 1 ；②差值法：考察是否有 u n - u n +1 > 0 ； ③ 导数法：即建立一个连续可导的函数f (n ) = u n (n = 1,2, ) ，考察是否有 f '(n ) < 0 .n +1f (x ) ，使例 9 判定级数∑(-1)n =1n -1n + 1 (n + 1) ln (n + 1)的敛散性.n + 1n + 1解：因为此级数为交错级数，设u n =(n + 1)ln (n + 1) ，易证lim u n = lim(n + 1)ln (n + 1) = 0 ，下面判定u n > u n +1 ，下面我们用导数的知识判定数列{u n }单调递减.设 f (n ) = u n =(n + 1，则 f '(n ) = (un + 1)ln (n + 1))' = ln (n + 1) - n ，又设 g (n ) = ln (n + 1) - n ，则 g '(n ) = 1 - 1 < 0 ,∴ g (n ) 单 n(n + 1)2 ln 2 (n + 1)n + 1调递减， g (n ) < g (0) ，∴ f '(n ) < 0 ， f (n ) 单调递减， u n > u n +1 ，由 Leibniz 判别法，知原级数发散.（2）绝对收敛∞ ∞若级数∑un 各项绝对值组成的级数∑ un收敛，则原级数绝对收敛.n =1n =1∞∞性质：绝对收敛的级数一定收敛.此定理的逆命题不成立，即：若∑un 收敛，不能判定∑ un 也 n =1n =1收敛.（3） Abel 判别法若{a n }为单调有界数列，且级数∑bn 收敛，则级数∑ a n bn 收敛.∑( )n 1 ⎛ 1 ⎫n( ) 例 10 判定级数- 1 ln (n ) 1 + n ⎪ 4 - arctan n 的收敛性. n =2⎝ ⎭ ∞ ( )n 1⎧⎪⎛1 ⎫n⎫⎪ 解：根据 Leibniz 判别法知级数∑ -1 ln n 收敛.因为⎨ 1 + n ⎪ ⎬ 递增有界，故由 Abel 判别法n ∑( )n 1 ⎛ 1 ⎫ n =2 ⎪⎩⎝ ⎭ ⎪⎭{ } 知级数 - 1 ln (n ) 1 + n ⎪收敛，又因 4 - arctan n 递减有界，再由 Abel 判别法知原级数收敛. n =2⎝ ⎭(4)Dirichlet 判别法若数列{a n }单调递减，且lim a n = 0 ，又级数∑bn 的部分和数列有界，则级数∑ a n bn 收敛.∞ nx 2 -1 ln 1 +⎪ (4n - 2)(4n + 1)⎝ n ⎭(4n - 2)(4n + 1) (- 1 ) ln 1 + n⎛ 1 ⎫ n ⎪ (4n - 2)(4n + 1) ⎝ ⎭ 3n n∞例 11 判定级数∑n =1sin nx , x ∈ (0,2) (> 0)的敛散性.n解：由于当 x ∈ (0,2)时，有 ∑ s in kx ≤ 1，即 ∑∞ sin nx 的部分和数列有界，而数列 k =1 sin n =1⎧ 1 ⎫(> 0) 单调递减，且lim 1= 0 ，故由 Dirichlet 判别法知，原级数收敛.⎨ ⎬⎩ n ⎭n →∞ n对于交错级数敛散性判定问题，应先判定其是否绝对收敛，即若∑ unn =1收敛，则∑un 收敛;若不n =1是绝对收敛，则根据 Leibniz 判别法，Abel 判别法，Dirichlet 判别法判定其是否条件收敛.3、巧妙判别数项级数敛散性以上介绍了一些判别数项级数敛散性的基本方法，但是在实际的应用中往往需要多种方法结合，且有时还有一定的技巧性，下面结合一些实例列举一些常用的判别方法和技巧.3.1 等价无穷小替换的方法判断级数敛散性∞ ∞应用定理：设∑un 和∑vn 是两个正项级数，且当n → ∞ 时， u n 和 v n 为等价的无穷小量，则n =1n =1∞∞∑un 和∑vn 的敛散性保持一致.n =1n =1证明：由于当 n → ∞ 时， u n 和v n为等价的无穷小量，即lim u n n →∞ v= 1 ≠ 0 ，由比较判别法的极限形 n∞∞式可知级数∑un 和级数∑vn 同时收敛或同时发散.n =1例 1 判定级数∑n =1( )n n =1⎛1 ⎫的敛散性.(- )n⎛ + 1 ⎫ 1 解：设 u n = 1 ln 1 ⎝ ⎪ ⎭ ，则 u =～ n = 4n 1 4n 2, (n → ∞)，而级数∞1∑ 2收敛，所以原级数绝对收敛.n =13.2 运用常用不等式判断级数的敛散性∞ ∞ ∞ ∞ na n n 2 + ∑ n∞∞⎝∑ 常用的不等式有： ln n < n ， ln (1 + x ) < x ， e x > 1 + x∞ ⎛ 1n + 1⎫ 例 2 判定级数 - ln n =1 ⎝ ⎪ 的敛散性. n ⎭ 解：此题我们可以利用不等式ln ( 1 + x ) < x ，1n + 1 1 n 1 ⎛1 ⎫ 1 1 有u n = n - ln n = + ln = + ln 1 - ⎪ < - n n + 1 n n + 1 n n + 1 ⎝ ⎭∞ ⎛ 11 ⎫ 因为级数∑ n - n + 1⎪ 收敛，故原级数收敛.n =1 ⎝ ⎭ 3.3 运用平均不等式ab ≤1 (a2 + b 2 )判断级数敛散性2∞ ∞∞应用定理：若级数∑ a 2和级数∑b 2都收敛，则级数∑ a b绝对收敛.nn =1∞a 2nn =1∞b 2n nn =1∞ 1(a 2 + b 2 )证明：已知级数∑n =1n和级数∑n =1n 都收敛，根据级数收敛的性质，则级数∑ 2n n 收敛，由于有不等式 a b ≤1(a 2 + b 2 )，再根据比较判别法，知级数∑ a b∞收敛，所以级数∑ a b 绝对n n2nnn nn =1n nn =1收敛.∑2∑( )nn例 3 设常数> 0 ，级数 n =1 a n 收敛，判断级数- 1n =1 的敛散性.n 2 +∞ 2∞ 1 ∞ ⎛ 2 1 ⎫ 解：因为级数∑ a n 收敛，并且级数∑ n 2 + 1 也收敛，所以级数∑ a n + n2 ⎪ 收敛，n =1 n =11 1 ⎛2 1 ⎫ ⎝ + ⎭∞又因为 = a n n 2 + ≤ 2 a n + n 2 ⎪ ，由比较判别法可知，级数收 + ⎭敛，故原级数绝对收敛.3.4 拉格朗日微分中值定理判断级数敛散性∞ ⎡ ⎛ 1 ⎫⎛ 1 ⎫⎤应用定理：设 f (x ) 在(0,1)内可导，且其导函数有界，则级数∑ ⎢ fn + k ⎪ - f n + k ⎪⎥ 绝对收 n =1 ⎣ ⎝ 1 ⎭ ⎝ 2 ⎭⎦敛.证明：因为 f (x ) 在(0,1)内可导，且其导函数有界，所以存在 M f '(x ) ≤ M ,于是由拉格朗日中值定理得> 0 ，对于一切 x ∈ (0,1) ，都有a nn 2 + ∞n n ∞lim ln 2 ⎪ u⎛ 1 ⎫ ⎛ 1 ⎫ '⎛ 1 1 ⎫ M (k 2 - k 1 ) f n + k ⎪ - f n + k ⎪ = f() n + k- n + k ⎪ ≤ (n + k )(n + k ) ， ⎝ 1 ⎭ ∞ ⎝ 2 ⎭ 1 ⎝ 12 ⎭ ∞ ⎡ ⎛1 1 ⎫ ⎛2 1 ⎫⎤ 由于级数∑ (n + k )(n + k ) 收敛，所以级数∑⎢ f n + k ⎪ - f n + k ⎪⎥ 绝对收敛.n =1 1 2 ∞ ⎛ 1n =1 ⎣ ⎝ 1 ⎫ 1 ⎭ ⎝ 2 ⎭⎦ 例 4 判定级数∑ sin n + 10 - s in n + 1⎪ 的敛散性.n =1 ⎝⎭ 解：设函数 f (x ) = sin 1 ，则 f '(x ) = - 1x x 2⋅ cos 1 ，知 f '(x ) 有界，令 k x 1= 10, k 2 = 1，由于满足 ∞ ⎛ 1 1 ⎫上述定理条件，故级数∑ sin n + 10 - s in n + 1⎪ 收敛.n =1 ⎝ ⎭ 3.5 对数判别法判断级数敛散性∞ln 1u n∞应用定理：若级数∑un 为正项级数，若有> 0 ，使得当 n ≥ n 0 时，n =1ln n ≥ 1 +，则级数∑u nn =1ln 1u n∞收敛，若有 n ≥ n 0 时，ln n ≤ 1 ，则级数∑u n 发散. n =1ln 1u n 1∞ 1证明：如果 n ≥ n 0 时，不等式ln n ≥ 1 +成立，则有u n ≥1+ .由于级数∑ 1+ 收敛，所以 n =11∞ln ∞n由比较判别法知级数∑u n 收敛.同理可证，当不等式 n =1 ln n ≤ 1 成立时，则级数∑u n 发散. n =1∑ a ln n ( > )例 5 判定级数 a n =1 2n1 的敛散性.ln 1 u 2nln a ln n n ln 2 - ln n • ln a n 解：由于 n= ln n = ln n ln n = ln 2 ln n- ln a ，由洛必达法则可知：⎛ n - ln a ⎫ = ln 2 lim x - ln a = ln 2 lim 1 - ln a = +∞ n →+∞⎝ ln n ⎭n →+∞ ln x nn ←∞ 1 x所以，对> 0 ，存在 n 0 ，使得当 n ≥ n 0 时， ln 2 ln n- ln a ≥ 1 +，因而根据以上定理原级数发散.⎭⎦ ∞n n+ O ， ∞ 例 7 判别级数的敛散性.⎝ n3.6 泰勒展开式判断级数的敛散性∞ ⎡ ⎛ 1 ⎫n⎤例 6 判别级数∑⎢ e - 1 + n ⎪ ⎥ 的敛散性.n =1 ⎢⎣ ⎝ ⎭ ⎥⎦ n⎛ 1 ⎫⎛ 1 1⎛ 1 ⎫ ⎫⎛ 1 ⎫n ln 1+ ⎪n n n - 2n2 +o n 2 ⎪ ⎪ ⎡ ⎛ 1 ⎛ 1 ⎫⎫⎤解：因为u = e - 1 + ⎪ = e - e ⎝⎭ = e - e ⎝⎝ ⎭ ⎭ ～ e ⎢1 - 1 - + o ⎪⎪⎥n ⎝ n ⎭⎣2n ⎝ n ⎭⎪ ～e (n → ∞).由于级数∑∞e 发散，所以原级数发散.2nn =1 2n3.7 拆项法判断级数的敛散性将级数的一般项运用等价变形、三角基本公式、有理化等方法拆成几项之差也是判别级数收敛的一种常用方法.∑sin (n )2 - n sinn =1 n 2sin (n)2 - n sinsin (n )2sin1 ∞ 1解：因为=n 2n 2∞sin (n )2-，而且n∞ sin≤ 2 ，由于级数∑ 2 收敛，n =1 根据比较判别法知级数∑2n =1收敛；而且∑n =1，当= k时，该级数收敛；当≠ k时，该级数发散.由此可知，当= k时，原级数收敛；当≠ k时，原级数发散.3.8 Gauss 判别法判断级数的敛散性若 a n > 0(n = 1,2, ) ，且 a n a = + n ⎛ 1 ⎫ n1+ ⎪ > 0 ，则级数 ∑ a n 当>1 时收敛；当n +1 ⎝ ⎭ n =1< 1时发散；而当= 1 时，对> 1收敛，对≤ 1发散.∞p (p + 1) (p + n - 1) 1例 8 判别级数∑ n =1( p > 0, q > 0) 的敛散性. n ! n q解：对于这个级数来说，an + 1 ⎛ n + 1⎫q ⎛ p ⎫-1⎛ 1 ⎫q +1 q - p + 1 ⎛ 1 ⎫n = ⎪ = 1 + ⎪ 1 + ⎪ = 1 + + O ⎪ ， a n +1 p + n ⎝ n ⎭ ⎝ n ⎭ ⎝ n ⎭ n ⎝ n 2⎭所以它在 q > p 时收敛，在 q ≤ p 时发散.3.9 运用函数判定数项级数的敛散性以前讨论的方法判定级数敛散性都与数列极限紧密联系，这种方法利用函数来研究数项级数.给出了利用函数的导数和极限判别数项级数敛散性的的方法.sin (n )2n 2 n∞∞∞ ∞⎨ f (x ) ∞⎪ 收敛，则应用定理 2 如果存在， ⎪ 绝对收敛，则 . 应用定理 4 如果存在，而且，则 ⎪ 绝对收敛. 由于已知存在，即存在，对满足定理 3 条件，所以⎪ 绝对收敛. ∑ f ⎛ 1 ⎫ lim f (x ) = 0 n =1 ⎝ n⎭∞⎛ 1 ⎫ x →0⎛ 1 ⎫证明：已知级数 ∑ f ⎪ 收敛，有级数收敛的必要条件得 lim f ⎪ = 0 ，因而n =1lim f (x ) = lim f ⎛ 1 ⎫= 0 .⎝ n ⎭ x →∞ ⎝ n ⎭⎪x →0n →∞ ⎝ n ⎭∞ ⎛ 1 ⎫例 9 判别级数∑ n e n - 1⎪cos n 的敛散性.n =1 ⎛ 1 ⎫ ⎪ ⎝ ⎭ e x - 1 ⎛ 1 ⎫ 解：由于lim n e n - 1⎪ = lim = 1 ，又由于 limcos 不存在，所以lim f ⎪ 不存在，由定理 1 的n →∞ ⎝ ⎪ x →0 ⎭x →0 2 x →∞ ⎝ n ⎭ 逆否命题可知，级数不收敛.lim f '(x ) ∑ f ⎛ 1 ⎫ lim f '(x ) = 0 x →0 = n =1 ⎝ n ⎭x →0 f (0) = f '(0) = 0 ∑ f ⎛ 1 ⎫ 应用定理 3 如果函数在 x 0 存在二阶导数，且，则n ⎪ 绝对收敛. n =1 ⎝ ⎭ lim f ' (x ) lim f (x ) = lim f '(x ) = 0 ∑ f ⎛ 1 ⎫ x →0x →0x →0n =1⎝ n ⎭ 证明：首先作辅助函数G (x ) = ⎧0⎩ x = 0 x ≠ 0考察G (x )，有G (0) = 0G '(0) = limf (x ) = lim f '(x ) = 0 x →0 x x →0G ' (0) = lim G '(x ) - G '(0) = lim f (x ) = lim f ' (x )x →0 xx →0 x x →0 lim f ' (x ) G ' (0) = 0 G (x ) ∑ f ⎛ 1 ⎫ x →0⎡1 - 1 ⎤ 2n =1 ⎝ n ⎭例 10 判别级数∑ ⎢ a n+ an- 2 ⎥ 的敛散性.⎢ n =1 ⎢⎣ 1 ⎥ a n- 1 ⎥⎦⎛ a x + a -x - 2 ⎫22 ln a (a x + a -x - 2)2解：不妨设 f (x ) = ⎝ a x- 1 ⎪ ，则 f '(x ) = ⎭ (a x - 1)3∞ 应用定理 1 若级数x= f ' (x ) =2 l n 2 (- a 3x + 6a 2x - 14a x + 2a -2x - 9a -x + 16)(a x - 1)4求极限得lim f (x ) = 0x →0应用洛必达法则，得lim f x →0'(x ) =8 ln a (2a 2x + 2a -2x - a x + a -x ) 27a 3x - 24a x + 3a x 0lim f x →0' (x )= lim x →0 ln 2 (81a 3x + 96a 2x - 14a x + 32a -2x - 9a -x ) 64a 4x - 81a 3x + 24a 2x - a x= 4 ln 2 a⎡ 1 - 1 ⎤ 2所以lim f ' (x ) 存在，根据定理 4 知级数∑ ⎢ a n + a n- 2 ⎥ 绝对收敛.x →0 ⎢ n =1 ⎢⎣ 1 ⎥ a n - 1 ⎥⎦从以上分析和各例子可以看出，判定数项级数敛散性方法众多，我们应深刻体会各个定义、性质、定理的条件及结论，同时也要善于观察和总结，正确且灵活地使用各定理.∞。

级数收敛性判断方法总结

级数收敛性判断方法总结级数是由无限多项式相加而成的一个数列，对于级数来说，有两个重要的性质，即级数的收敛性和发散性。

收敛性是指级数的和可以无限接近一些数，而发散性是指级数的和无法无限接近一些数，可能趋向于无穷大或无穷小。

判断一个级数是否收敛的方法有很多，下面是一些常用的方法总结：1.有限和法：如果一个级数的部分和随着项数的增加趋于一些有限数，那么该级数收敛，否则发散。

2.单调有界法：如果一个级数的一般项是单调递减（或递增）的，并且一般项的绝对值是有界的，那么该级数收敛。

3.比较判别法：如果一个级数的一般项与一个已知的收敛（或发散）级数的一般项相比，它们之间的大小关系足够清楚，那么该级数的收敛性与已知级数的收敛性相同。

a. 比较判别法之比较法：若对于级数∑an和∑bn来说，存在一个正数c，使得当n足够大时，有，an，≤c，bn，那么∑bn收敛必有∑an收敛；b. 比较判别法之极限判别法：若对于级数∑an和∑bn来说，当n趋向于无穷时，有lim(an/bn)=c（其中c为常数）存在而不为0和正无穷大，那么∑bn与∑an同时收敛或∑bn与∑an同时发散。

4. 比值判别法：对于级数∑an来说，如果存在正数c，当n足够大时，有，an+1/an，≤c（0≤c<1），那么级数∑an收敛；如果存在正数c，当n足够大时，有，an+1/an，≥c（c>1），那么级数∑an发散；如果不存在这样的c，那么级数∑an的收敛与发散是不确定的。

5. 根值判别法：对于级数∑an来说，如果存在正数c，当n足够大时，有(√(，an+1，))/√(，an，)≤c（0≤c<1），那么级数∑an收敛；如果存在正数c，当n足够大时，有(√(，an+1，))/√(，an，)≥c（c>1），那么级数∑an发散；如果不存在这样的c，那么级数∑an的收敛与发散是不确定的。

6.积分判别法：对于非负函数f(x)，当函数在[1,+∞)上单调递减有界，则级数∑f(n)与曲线y=f(x)所围成图形的面积为收敛；若级数∑f(n)与曲线y=f(x)所围成的图形面积为发散。

级数敛散性总结

摘要级数理论是数学分析的重要组成部分，研究级数对于深入探讨数学分析问题有着深远的意义。

级数理论中最重要的问题和学者研究最多的问题则是关于级数收敛与发散的问题。

级数的收敛与发散性质更是级数存在当中的最基本的立足点。

基于级数发散和收敛的问题，本文对级数进行了比较详细和系统的介绍，并在级数收敛性方面进行了较为详细的概括，包括级数的分类和收敛性的总结和应用。

本文第一个部分首先对常见的级数：常数项级数、正项级数、交错级数、函数项级数、幂级数、傅立叶级数，进行了大概的介绍，并从常见级数的定义、常见级数的分类、级数收敛发散的充要条件和对应级数常用的收敛判别方法进行详细的分析概括。

本文的第二个部分针对具体的级数收敛方法，从方法的定义和方法的具体例子应用两个方面对其进行较为全面的介绍和分析，其中包括：判别级数发散与收敛的简单方法、比较判别法、比值判别法、高斯判别法、达朗贝尔判别法、对数判别法、积分判别法、拉贝判别法、柯西判别法。

最后，本文第三部分通过整理级数散敛性判断的方法，对本文进行一个综合的概括，主要从基于级数类型的方法和基于通项特征的方法两个方面总结了解答收敛性问题的分析思路和如何更快的寻找有效的方法。

关键词：级数敛散性方法AbstractProgression theory is an important part of the mathematical analysis. The study of series is of profound significance for further discussing mathematical analysis problems. Series convergence and divergence problem is the most important question in progression theory that many researchers research on. For the analysis, series convergence and series divergence is of the basic foothold existing in mathematical analysis.Firstly, based on the series convergence and series divergence, this thesis gives a detailed and systematical introduction to series, and a more detailed summary of series convergence, including the classification of series, application of convergence. Firstly, this paper has a general introduction to common series, including constant series, series of positive term, staggered series, series with function terms, power series, fourier series. Besides, the paper has detailed analysis and summary of the definition of common series, the classification of common series, and the sufficient and necessary conditions for the convergence series, together with the commonly used identification methods of corresponding series.And then the second part of this article has a comprehensive introduction and analysis of the method’s definition and specific examples application of the method, including: simple method distinguishing the divergence of a series , comparative method, ratio method, Gauss method, D'Alembert discriminant method, Logarithmic method, integral method, Rabe method, and Cauchy method.Finally, the third part of this paper made a comprehensive summary through sorting out identifying methods of series convergence and divergence. Based on the types of series and the methods of general term characteristics, this paper summarized the analysis mentality and effective ways of solutions to convergence problem.Key words: Series Convergence Mathod第一章引言级数理论是数学分析的重要组成部分，与极限理论有密切的联系，它与另一个分支微积分学一起作为基础知识和工具出现在其余各分支中。

级数收敛与发散的判定方法及其实际应用

级数收敛与发散的判定方法及其实际应用级数收敛与发散是数学中重要的概念，对于数学的发展与实际应用具有深远的影响。

本文将介绍级数收敛与发散的判定方法及其实际应用，并探讨其在现实生活中的应用。

首先，我们先来了解级数的定义。

级数是由一列数的和组成的数列，表示为S_n=a_1+a_2+...+a_n，其中a_1,a_2,...是级数的项。

一、级数收敛的判定方法：1. 极限判别法（常用方法）：若lim(n→∞)a_n=0且|a_n+1/a_n|<1，则级数收敛；若|a_n+1/a_n|≥1，则级数发散。

2. 比值判别法：若lim(n→∞)|a_n+1/a_n|<1，则级数收敛；若lim(n→∞)|a_n+1/a_n|>1或不存在，则级数发散。

3. 根值判别法：若lim(n→∞)|a_n|^(1/n)<1，则级数收敛；若lim(n→∞)|a_n|^(1/n)>1或不存在，则级数发散。

4. 正项级数收敛（或发散）判别法：若级数的每一项都大于等于零，且具有收敛（或发散）的对比级数，则该级数收敛（或发散）。

二、级数收敛与发散的实际应用：1. 科学领域中的级数应用：在物理学和工程学中，级数方法广泛用于求解近似解的问题。

例如，泰勒级数可以用来近似某些函数，从而简化复杂的数学问题。

2. 金融领域中的级数应用：级数方法常用于计算复利问题。

例如，复利计算中的年金问题可以转化为级数求解，通过计算级数的和来得到最终结果。

3. 统计学中的级数应用：在概率论和统计学中，级数法常用于描述概率分布和求解随机变量的期望。

级数方法使得随机变量的分析更加简洁和系统。

4. 数据处理中的级数应用：在信号处理和图像处理中，级数法可以用于压缩和去噪等方面。

通过级数收敛的性质，可以对信号进行最优化处理。

三、级数收敛与发散的重要性：1. 级数作为一类特殊的数列，在数学理论中具有重要的地位。

深入理解级数的收敛与发散性质，对于推动数学理论发展具有积极的影响。

关于数项级数敛散性的判定

关于数项级数敛散性的判定1、问题的提出数项级数敛散性的判别问题，是数学分析的一个重要部分.数项级数，从形式上看，就是无穷多个项的代数和，它是有限项代数和的延伸，因而级数的敛散性直接与数列极限联系在一起，其判别方法多样，技巧性也强，有时也需要多种方法结合使用，同时，无穷级数已经渗透到科学技术的很多领域，成为数学理论和应用中不可缺少的工具，所以研究数项级数的判定问题是很重要的.2、熟练掌握并准确应用级数的概念、性质和判定定理2.1数项级数收敛的定义数项级数∑∞=1n nu收敛⇔数项级数∑∞=1n nu的部分和数列{}n S 收敛于S .这样数项级数的敛散性问题就可以转化为部分和数列{}n S 的极限是否存在的问题的讨论，但由于求数列前n 项和的问题比较困难，甚至可能不可求，因此，在实际问题中，应用定义判别的情况较少.2.2数项级数的性质（1）若级数∑∞=1n nu与∑∞=1n nv都收敛，则对任意常数c,d, 级数∑∞=+1)(n n ndv cu亦收敛，且∑∑∑∞=∞=∞=+=+111)(n n n n n n nv d u c dv cu;相反的，若级数∑∞=+1)(n n n dv cu 收敛，则不能够推出级数∑∞=1n n u 与∑∞=1n nv都收敛.注：特殊的，对于级数∑∞=1n nu与∑∞=1n nv，当两个级数都收敛时，∑∞=±1)(n n nv u必收敛；当其中一个收敛，另一个发散时，∑∞=±1)(n n nv u一定发散；当两个都发散时，∑∞=±1)(n n n v u 可能收敛也可能发散.例1 判定级数∑∞=+1)5131(n n n 与级数∑∞=+1)211(n n n的敛散性.解：因为级数∑∞=131n n 与级数∑∞=151n n 收敛，故级数∑∞=+1)5131(n n n 收敛.因为级数∑∞=11n n 发散，级数∑∞=121n n 收敛，故级数∑∞=+1)211(n n n发散.（2）改变、增加或去掉级数的有限个项不会改变原级数的敛散性.（3）在收敛级数的项中任意加括号，既不改变级数的敛散性，也不改变它的和.即收敛的级数在不改变各项顺序的情况下，对它的各项任意加括号后，得到的新级数还是收敛的；加括号后得到的新级数发散，那么原级数也是发散的.例2 判定级数++--+++1111121-1-21n n 的敛散性.解：先考察级数∑∞=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--11111n n n ，因为121111-=+--=n n n u n ，而级数∑∞=-112n n 发散，由于加括号后得到得新级数发散，则原级数发散. （4）级数收敛的必要条件若级数∑∞=1n nu收敛，则0lim =∞→n n u .若0lim ≠∞→n n u ，则级数∑∞=1n nu发散.2.3判定定理2.3.1级数收敛的柯西准则级数∑∞=1n nu收敛⇔0>∀ε,*NN ∈∃,使得当m N >以及*Np ∈∀,都有ε<++++++p m m m u u u 21.例1 用柯西准则判别级数∑nn22sin 的敛散性. 证明：由于pm p m m m m m pm m m u u u ++++++++++++=+++22sin 22sin 22sin 221121mp m m p m m m 21212121212121<-=+++<++++ 因此，对于任意的0>ε.取⎥⎦⎤⎢⎣⎡=ε1log 2N 使得当N m >及任意的*∈N p ,由上式就有ε<++++++p m m m u u u 21成立，故由柯西准则可推出原级数收敛. 2.3.2正项级数判别法（1）正项∑∞=1n nu收敛⇔它的部分和数列{}n S 有界.（2）比较判别法如果∑∞=1n nu和∑∞=1n nv是正项级数，若存在某整数N ，对一切N n >都有n n v u ≤(i)若级数∑∞=1n nv收敛，则级数∑∞=1n nu也收敛；（ii ）若级数∑∞=1n nu发散，则级数∑∞=1n nv也发散.等比级数和P-级数的敛散性 ①等比级数∑∞=+++++=12n n naq aq aq a aq，当1<q 时，级数收敛；当1≥q 时，级数发散.②P-级数∑∞=11n p n ，当1≤p 时，发散；当1>p 时，收敛. 例2 判别级数()∑∞+114n n 的敛散性.解：因为()25441111nnn n n u n =∙<+=，而且P-级数∑∞251n收敛，由比较判别法知该级数收敛.（3）比较判别法的极限形式如果∑∞=1n n u 和∑∞=1n n v 是正项级数)0(≠n v ，如果l v u nnn =∞→lim，则（i ）当+∞<<l 0时，∑∞=1n nu和∑∞=1n nv同时收敛或发散；（ii ）当0=l 时，∑∞=1n nv收敛时，∑∞=1n nu也收敛；（iii ）当+∞=l 时，∑∞=1n nv发散时，∑∞=1n nu也发散.例3 判别级数()()∑>-11a a n的敛散性.解：因为a a a t a n t na t t t t nn ln 1ln lim 1lim 111lim00==-=-→→∞→令,而正项级数∑n1发散，由比较原则的极限形式知原级数发散. (4)比式判别法如果∑∞=1n n u 为正项级数,且ρ=+nn u u 1，（i ）若10<<ρ，则∑∞=1n nu收敛；（ii ）若1≥ρ，∑∞=1n nu发散.例4判别级数()∑+nn 10!1的敛散性.解：因为()()+∞=+=+∙+=∞→+∞→+∞→102lim !11010!2lim lim 11n n n u u n n n n nn n ，所以由比式判别法知原级数发散.(5)比式判别法的极限形式如果∑∞=1n n u 为正项级数，且ρ=+∞→nn n u u 1lim，则（i ）若1<ρ，则∑∞=1n nu收敛；（ii ）若1>ρ或+∞=ρ时，∑∞=1n nu发散.例5 判别级数∑∙nn n n !3的敛散性.解：因为()()13113lim !31!13lim lim 111>=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∙++=∞→++∞→+∞→e n n n n n u u n n n n n n n nn n ，所以由比式判别法的极限形式知原级数发散. （6）根式判别法如果∑∞=1n nu为正项级数，（i ）如果1<≤ρn n u ，则∑∞=1n n u 收敛；（ii ）若1≥n n u ，则级数∑∞=1n nu发散.(7)根式判别法的极限形式如果∑∞=1n nu为正项级数，还有ρ=∞→n n n u lim ，（i ）当1<ρ时，则∑∞=1n nu收敛；（ii ）当1>ρ时，则∑∞=1n nu发散.例6 判别级数∑⎪⎭⎫⎝⎛+nn n 12的敛散性.解：因为12112lim 12lim <=+=⎪⎭⎫⎝⎛+∞→∞→n n n n n n nn ，所以由比式判别法极限形式知原级数收敛. (8)积分判别法若)(x f 为),1[+∞上的非负减函数，那么正项级数∑)(n f 与反常积分⎰+∞1)(dx x f 同时收敛或同时发散.例7 判别级数∑+112n 的敛散性.解：设()112+=x x f ，则()x f 在),1[+∞上为非负单调递减函数，而⎰+∞=+1241πxdx 故由积分判别法知原级数收敛.(9)Raabe 判别法设0>n u ， ,2,1,11=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=+n u u n R n nn .(i)若存在1>q 及正整数N ,使得当N n ≥时有q R ≥n ，则级数∑∞=1n nu收敛；(ii ）若存在正整数N ,使得当N n ≥时有1≤n R ，则级数∑∞=1n nu发散.(10) Raabe 判别法的极限形式设∑∞=1n nu是正项级数，且有r R n n =∞→lim ，（i ）若1>r ,则级数∑∞=1n nu收敛；（ii ）若1<r ,则级数∑∞=1n nu发散.例8 判别级数()()∑∞+⋅-121!!2!!12n n n 的敛散性. 解：容易验证，因为()∞→→n 1ρ这个级数用比式判别法和根式判别法都失效，这时可以用Raabe判别法.此时，()()()()()()∞→→++=⎭⎬⎫⎩⎨⎧-+++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=+n n n n n n n n u u n R n n n 23125612232221221.由Raabe 判别法知原级数收敛.正项级数的判别方法有很多种，下面总结一下这几种方法的选择顺序:①若n n u ∞→lim 易于求的，考察n n u ∞→lim 的值：0lim ≠∞→n n u ，则依据级数收敛的必要条件，知级数发散；②若0lim =∞→n n u ，不能直接判断级数是收敛还是发散，此时用比式判别法或根式判别法，当1<ρ时，级数收敛；若1>ρ或+∞=ρ时，级数发散；③当1=ρ时，级数可能收敛也可能发散，此时用比较判别法，找出一个已知敛散性的级数与之比较，然后根据比较判别法或其极限形式判定级数的敛散性，当然，对于一些具体问题，我们应该根据其特点分析，找到更简便的判别方法.2.3.3一般项级数的判别方法（1）交错级数判别法Leibniz 判别法若交错级数n n n u 11)1(+∞=-∑（0>n u ），满足下述两个条件：（i ）数列{}n u 单调递减；（ii ）0lim =∞→n n u ,则级数收敛.注：用Leibniz 判别法判定1+>n n u u 时，可以用以下几种方法：①比值法：考察是否有11>+n nu u ；②差值法：考察是否有01>-+n n u u ；③导数法：即建立一个连续可导的函数)(x f ，使),2,1()( ==n u n f n ，考察是否有0)(<'n f .例9 判定级数()∑∞=-+++-111ln )1(1)1(n n n n n 的敛散性.解：因为此级数为交错级数，设()()1ln 11+++=n n n u n ，易证()()01ln 11limlim =+++=∞→∞→n n n u n n n ，下面判定1+>n n u u ，下面我们用导数的知识判定数列{}n u 单调递减.设()()1ln 11)(+++==n n n u n f n ，则()()()()()1ln 11ln 22++-+='='n n nn u n f n ，又设()()n n n g -+=1ln ，则()0111<-+='n n g ,()n g ∴单调递减，()()0g n g < ，()0<'∴n f ，()n f 单调递减，1+>n n u u ，由Leibniz 判别法，知原级数发散.（2）绝对收敛若级数∑∞=1n nu各项绝对值组成的级数∑∞=1n nu收敛，则原级数绝对收敛.性质：绝对收敛的级数一定收敛.此定理的逆命题不成立，即：若∑∞=1n nu收敛，不能判定∑∞=1n nu也收敛.（3）Abel 判别法若{}n a 为单调有界数列，且级数∑nb收敛，则级数∑nn ba 收敛.例10 判定级数()()()∑∞=-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-2arctan 411ln 11n nnn n n 的收敛性.解：根据Leibniz 判别法知级数()∑∞=2ln 11-n nn 收敛.因为⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛+nn 11递增有界，故由Abel 判别法知级数()()∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛+-211ln 11n nnn n 收敛，又因{}n arctan 4-递减有界，再由Abel 判别法知原级数收敛.(4)Dirichlet 判别法若数列{}n a 单调递减，且0lim =∞→n n a ，又级数∑nb的部分和数列有界，则级数∑nn ba 收敛.例11 判定级数()πα2,0,sin 1∈∑∞=x nnxn ()0>α的敛散性. 解：由于当()π2,0∈x 时，有2s in 1s in 1x kx k ≤∑∞=，即∑∞=1s in n nx 的部分和数列有界，而数列()01>⎭⎬⎫⎩⎨⎧ααn 单调递减，且01lim =∞→αn n ，故由Dirichlet 判别法知，原级数收敛. 对于交错级数敛散性判定问题，应先判定其是否绝对收敛，即若∑∞=1n nu收敛，则∑∞=1n nu收敛;若不是绝对收敛，则根据Leibniz 判别法，Abel 判别法，Dirichlet 判别法判定其是否条件收敛.3、巧妙判别数项级数敛散性以上介绍了一些判别数项级数敛散性的基本方法，但是在实际的应用中往往需要多种方法结合，且有时还有一定的技巧性，下面结合一些实例列举一些常用的判别方法和技巧.3.1等价无穷小替换的方法判断级数敛散性应用定理：设∑∞=1n nu和∑∞=1n nv是两个正项级数，且当∞→n 时，n u 和n v 为等价的无穷小量，则∑∞=1n nu和∑∞=1n nv的敛散性保持一致.证明：由于当∞→n 时，n u 和n v 为等价的无穷小量，即01lim≠=∞→nnn v u ，由比较判别法的极限形式可知级数∑∞=1n nu和级数∑∞=1n nv同时收敛或同时发散.例1 判定级数()()()∑∞=+-⎪⎭⎫⎝⎛+1142411ln 1-n n n n n 的敛散性. 解：设()()()142411ln 1+-⎪⎭⎫⎝⎛+-=n n n u n n ，则()()()142411ln 1+-⎪⎭⎫⎝⎛+-=n n n u n n～()∞→=n n n n ,41412，而级数∑∞=1231n n 收敛，所以原级数绝对收敛. 3.2运用常用不等式判断级数的敛散性常用的不等式有：n n <ln ， ()x x <+1ln ， x e x+>1例2 判定级数∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-11ln 1n n n n 的敛散性. 解：此题我们可以利用不等式()x x <+1ln ，有111111ln 11ln 11ln 1+-<⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=++=+-=n n n n n n n n n n u n 因为级数∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛+-1111n n n 收敛，故原级数收敛. 3.3运用平均不等式()2221b a ab +≤判断级数敛散性应用定理：若级数∑∞=12n na和级数∑∞=12n nb都收敛，则级数∑∞=1n nn ba 绝对收敛.证明：已知级数∑∞=12n na 和级数∑∞=12n nb 都收敛，根据级数收敛的性质，则级数()∑∞+2221nn b a 收敛，由于有不等式()2221n n n n b a b a +≤，再根据比较判别法，知级数∑∞=1n n n b a 收敛，所以级数∑∞=1n n n b a 绝对收敛.例3 设常数0>λ，级数∑∞=12n n a 收敛，判断级数()∑∞=+-121n n nn a λ的敛散性.解：因为级数∑∞=12n na 收敛，并且级数∑∞=+1211n n 也收敛，所以级数∑∞⎪⎭⎫ ⎝⎛++λ221n a n 收敛，又因为⎪⎭⎫⎝⎛++≤+=+λλλ22221211n a n a n a n nn ，由比较判别法可知，级数∑∞+λ2n a n 收敛，故原级数绝对收敛.3.4拉格朗日微分中值定理判断级数敛散性应用定理：设()x f 在()1,0内可导，且其导函数有界，则级数∑∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+12111n kn f k n f 绝对收敛.证明：因为()x f 在()1,0内可导，且其导函数有界，所以存在0>M ，对于一切()1,0∈x ，都有()M x f ≤',于是由拉格朗日中值定理得()()()()211221211111k n k n k k M kn k n f kn f k n f ++-≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+'=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+ξ，由于级数()()∑∞=++1211n k n k n 收敛，所以级数∑∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+12111n kn f k n f 绝对收敛. 例4 判定级数∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+111s 101sin n n in n 的敛散性. 解：设函数()x x f 1sin=，则()x xx f 1cos 12⋅-='，知()x f '有界，令1,1021==k k ，由于满足上述定理条件，故级数∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛+-+111s 101sin n n in n 收敛. 3.5对数判别法判断级数敛散性应用定理：若级数∑∞=1n n u 为正项级数，若有0>α，使得当0n n ≥时，α+≥1ln 1lnn u n，则级数∑∞=1n nu 收敛，若有0n n ≥时，1ln 1ln≤n u n，则级数∑∞=1n n u 发散. 证明：如果0n n ≥时，不等式α+≥1ln 1lnn u n 成立，则有α+≥11n u n .由于级数∑∞=+111n nα收敛，所以由比较判别法知级数∑∞=1n n u 收敛.同理可证，当不等式1ln 1ln≤n u n成立时，则级数∑∞=1n n u 发散. 例5 判定级数()∑∞=>1ln 12n n na a 的敛散性.解：由于a nn n a n n n a n u nn n ln ln 2ln ln ln ln 2ln ln 2ln ln 1ln ln -=∙-==，由洛必达法则可知：+∞=-=-=⎪⎭⎫⎝⎛-∞←+∞→+∞→a xa x x a n n n n n ln 11lim 2ln ln ln lim 2ln ln ln 2ln lim所以，对0>α，存在0n ，使得当0n n ≥时，α+≥-1ln ln 2ln a nn，因而根据以上定理原级数发散.3.6 泰勒展开式判断级数的敛散性例6 判别级数∑∞=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-111n n n e 的敛散性.解：因为⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫⎝⎛+-=-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=22121111ln 11n o n n n n n n n e e e e n e u ～⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+--n o ne 12111 ～()∞→n n e2.由于级数∑∞=12n ne 发散，所以原级数发散. 3.7拆项法判断级数的敛散性将级数的一般项运用等价变形、三角基本公式、有理化等方法拆成几项之差也是判别级数收敛的一种常用方法.例7 判别级数()∑∞=-122sin sin n n n n αα的敛散性. 解：因为()()n sin -sin sin sin 2222ααααn n n n n =-，而且()2221sin n n n ≤α，由于级数∑∞=121n n收敛，根据比较判别法知级数()∑∞=122sin n n n α收敛；而且∑∞=1sin n n α，当παk =时，该级数收敛；当παk ≠时，该级数发散.由此可知，当παk =时，原级数收敛；当παk ≠时，原级数发散.3.8 Gauss 判别法判断级数的敛散性若() ,2,10=>n a n ，且⎪⎭⎫⎝⎛++=++εμλ111n O n a a n n ，0>ε，则级数∑∞=1n n a 当1>λ时收敛；当1<λ时发散；而当1=λ时，对1>μ收敛，对1≤μ发散.例8 判别级数()()∑∞=>>-++1)0,0(1!11n qq p nn n p p p 的敛散性. 解：对于这个级数来说，⎪⎭⎫⎝⎛++-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=+-+211111111111n O n p q n n p n n n p n a a q q n n ，所以它在p q >时收敛，在p q ≤时发散.3.9运用函数判定数项级数的敛散性以前讨论的方法判定级数敛散性都与数列极限紧密联系，这种方法利用函数来研究数项级数.给出了利用函数的导数和极限判别数项级数敛散性的的方法.应用定理1 若级数∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 收敛，则()0lim 0=→x f x证明：已知级数∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛11n n f 收敛，有级数收敛的必要条件得01lim =⎪⎭⎫⎝⎛∞→n f x ，因而()01l i m l i m 0=⎪⎭⎫⎝⎛=∞→→n f x f n x . 例9 判别级数∑∞=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-11cos 1n n n e n π的敛散性. 解：由于11lim 1lim 01=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-→∞→x e e n xx nn ，又由于 2cos lim 0π→x 不存在，所以⎪⎭⎫⎝⎛∞→n f x 1lim 不存在，由定理1的逆否命题可知，级数不收敛. 应用定理2 如果()x f x '→0lim 存在，∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 绝对收敛，则()0lim 0='→x f x .应用定理3 如果函数在0=x 存在二阶导数，且()()000='=f f ，则∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 绝对收敛. 应用定理4 如果()x f x ''→0lim 存在，而且()()0lim lim 0='=→→x f x f x x ，则∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 绝对收敛. 证明：首先作辅助函数 ⎩⎨⎧≠==0)(00)(x x f x x G考察()x G ，有()00=G ()()()0lim lim 000='=='→→x f xx f G x x()()()()()x f xx f x G x G G x x x ''=='-'=''→→→000lim lim 0lim0 由于已知()x f x ''→0lim 存在，即()00=''G 存在，对()x G 满足定理3条件，所以∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 绝对收敛.例10 判别级数2111112∑∞=-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--+n n nn a a a 的敛散性.解：不妨设()212⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=-x x x a a a x f ，则()()()3212ln 2--+='-x x x a a a a x f()()()4223211692146ln 2-+-+-+-=''--xx x x x x aa a a a a x f求极限得()0lim 0=→x f x应用洛必达法则，得()()03242722ln 8lim 3220=+-+-+='--→x x x xx x x x a a a a a a a a x f ()()a aa a a a a a a a x f x x x x x x x x x x x 2234223200ln 4248164932149681ln lim lim =-+--+-+=''--→→ 所以()x f x ''→0lim 存在，根据定理4知级数2111112∑∞=-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--+n n nn a a a 绝对收敛.从以上分析和各例子可以看出，判定数项级数敛散性方法众多，我们应深刻体会各个定义、性质、定理的条件及结论，同时也要善于观察和总结，正确且灵活地使用各定理.。

(完整版)关于数项级数敛散性的判定

关于数项级数敛散性的判定1、问题的提出数项级数敛散性的判别问题，是数学分析的一个重要部分.数项级数，从形式上看，就是无穷多个项的代数和，它是有限项代数和的延伸，因而级数的敛散性直接与数列极限联系在一起，其判别方法多样，技巧性也强，有时也需要多种方法结合使用，同时，无穷级数已经渗透到科学技术的很多领域，成为数学理论和应用中不可缺少的工具，所以研究数项级数的判定问题是很重要的.2、熟练掌握并准确应用级数的概念、性质和判定定理2.1数项级数收敛的定义数项级数∑∞=1n nu收敛⇔数项级数∑∞=1n nu的部分和数列{}n S 收敛于S .这样数项级数的敛散性问题就可以转化为部分和数列{}n S 的极限是否存在的问题的讨论，但由于求数列前n 项和的问题比较困难，甚至可能不可求，因此，在实际问题中，应用定义判别的情况较少.2.2数项级数的性质（1）若级数∑∞=1n nu与∑∞=1n nv都收敛，则对任意常数c,d, 级数∑∞=+1)(n n ndv cu亦收敛，且∑∑∑∞=∞=∞=+=+111)(n n n n n n nv d u c dv cu;相反的，若级数∑∞=+1)(n n n dv cu 收敛，则不能够推出级数∑∞=1n n u 与∑∞=1n nv都收敛.注：特殊的，对于级数∑∞=1n nu与∑∞=1n nv，当两个级数都收敛时，∑∞=±1)(n n nv u必收敛；当其中一个收敛，另一个发散时，∑∞=±1)(n n nv u一定发散；当两个都发散时，∑∞=±1)(n n n v u 可能收敛也可能发散.例1 判定级数∑∞=+1)5131(n n n 与级数∑∞=+1)211(n n n的敛散性.解：因为级数∑∞=131n n 与级数∑∞=151n n 收敛，故级数∑∞=+1)5131(n n n 收敛.因为级数∑∞=11n n 发散，级数∑∞=121n n 收敛，故级数∑∞=+1)211(n n n发散.（2）改变、增加或去掉级数的有限个项不会改变原级数的敛散性.（3）在收敛级数的项中任意加括号，既不改变级数的敛散性，也不改变它的和.即收敛的级数在不改变各项顺序的情况下，对它的各项任意加括号后，得到的新级数还是收敛的；加括号后得到的新级数发散，那么原级数也是发散的.例2 判定级数++--+++1111121-1-21n n 的敛散性.解：先考察级数∑∞=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--11111n n n ，因为121111-=+--=n n n u n ，而级数∑∞=-112n n 发散，由于加括号后得到得新级数发散，则原级数发散. （4）级数收敛的必要条件若级数∑∞=1n nu收敛，则0lim =∞→n n u .若0lim ≠∞→n n u ，则级数∑∞=1n nu发散.2.3判定定理2.3.1级数收敛的柯西准则级数∑∞=1n nu收敛⇔0>∀ε,*NN ∈∃,使得当m N >以及*Np ∈∀,都有ε<++++++p m m m u u u 21.例1 用柯西准则判别级数∑nn22sin 的敛散性. 证明：由于pm p m m m m m pm m m u u u ++++++++++++=+++22sin 22sin 22sin 221121mp m m p m m m 21212121212121<-=+++<++++ 因此，对于任意的0>ε.取⎥⎦⎤⎢⎣⎡=ε1log 2N 使得当N m >及任意的*∈N p ,由上式就有ε<++++++p m m m u u u 21成立，故由柯西准则可推出原级数收敛. 2.3.2正项级数判别法（1）正项∑∞=1n nu收敛⇔它的部分和数列{}n S 有界.（2）比较判别法如果∑∞=1n nu和∑∞=1n nv是正项级数，若存在某整数N ，对一切N n >都有n n v u ≤(i)若级数∑∞=1n nv收敛，则级数∑∞=1n nu也收敛；（ii ）若级数∑∞=1n nu发散，则级数∑∞=1n nv也发散.等比级数和P-级数的敛散性 ①等比级数∑∞=+++++=12n nn aq aq aq a aq ，当1<q 时，级数收敛；当1≥q 时，级数发散.②P-级数∑∞=11n p n ，当1≤p 时，发散；当1>p 时，收敛. 例2 判别级数()∑∞+114n n 的敛散性.解：因为()25441111nnn n n u n =•<+=，而且P-级数∑∞251n收敛，由比较判别法知该级数收敛.（3）比较判别法的极限形式如果∑∞=1n n u 和∑∞=1n n v 是正项级数)0(≠n v ，如果l v u nnn =∞→lim，则（i ）当+∞<<l 0时，∑∞=1n nu和∑∞=1n nv同时收敛或发散；（ii ）当0=l 时，∑∞=1n nv收敛时，∑∞=1n nu也收敛；（iii ）当+∞=l 时，∑∞=1n nv发散时，∑∞=1n nu也发散.例3 判别级数()()∑>-11a a n的敛散性.解：因为a a a t a n t na t t t t nn ln 1ln lim 1lim 111lim00==-=-→→∞→令,而正项级数∑n1发散，由比较原则的极限形式知原级数发散. (4)比式判别法如果∑∞=1n n u 为正项级数,且ρ=+nn u u 1，（i ）若10<<ρ，则∑∞=1n nu收敛；（ii ）若1≥ρ，∑∞=1n nu发散.例4判别级数()∑+nn 10!1的敛散性.解：因为()()+∞=+=+•+=∞→+∞→+∞→102lim !11010!2lim lim 11n n n u u n n n n nn n ，所以由比式判别法知原级数发散.(5)比式判别法的极限形式如果∑∞=1n n u 为正项级数，且ρ=+∞→nn n u u 1lim，则（i ）若1<ρ，则∑∞=1n nu收敛；（ii ）若1>ρ或+∞=ρ时，∑∞=1n nu发散.例5 判别级数∑•nn n n !3的敛散性.解：因为()()13113lim !31!13lim lim 111>=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=•++=∞→++∞→+∞→e n n n n n u u n n n n n n n nn n ，所以由比式判别法的极限形式知原级数发散. （6）根式判别法如果∑∞=1n nu为正项级数，（i ）如果1<≤ρn n u ，则∑∞=1n n u 收敛；（ii ）若1≥n n u ，则级数∑∞=1n nu发散.(7)根式判别法的极限形式如果∑∞=1n nu为正项级数，还有ρ=∞→n n n u lim ，（i ）当1<ρ时，则∑∞=1n nu收敛；（ii ）当1>ρ时，则∑∞=1n nu发散.例6 判别级数∑⎪⎭⎫⎝⎛+nn n 12的敛散性.解：因为12112lim 12lim <=+=⎪⎭⎫⎝⎛+∞→∞→n n n n n n nn ，所以由比式判别法极限形式知原级数收敛. (8)积分判别法若)(x f 为),1[+∞上的非负减函数，那么正项级数∑)(n f 与反常积分⎰+∞1)(dx x f 同时收敛或同时发散.例7 判别级数∑+112n 的敛散性.解：设()112+=x x f ，则()x f 在),1[+∞上为非负单调递减函数，而⎰+∞=+1241πxdx 故由积分判别法知原级数收敛.(9)Raabe 判别法设0>n u ， ,2,1,11=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=+n u u n R n nn .(i)若存在1>q 及正整数N ,使得当N n ≥时有q R ≥n ，则级数∑∞=1n nu收敛；(ii ）若存在正整数N ,使得当N n ≥时有1≤n R ，则级数∑∞=1n nu发散.(10) Raabe 判别法的极限形式设∑∞=1n nu是正项级数，且有r R n n =∞→lim ，（i ）若1>r ,则级数∑∞=1n nu收敛；（ii ）若1<r ,则级数∑∞=1n nu发散.例8 判别级数()()∑∞+⋅-121!!2!!12n n n 的敛散性. 解：容易验证，因为()∞→→n 1ρ这个级数用比式判别法和根式判别法都失效，这时可以用Raabe判别法.此时，()()()()()()∞→→++=⎭⎬⎫⎩⎨⎧-+++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=+n n n n n n n n u u n R n n n 23125612232221221.由Raabe 判别法知原级数收敛.正项级数的判别方法有很多种，下面总结一下这几种方法的选择顺序:①若n n u ∞→lim 易于求的，考察n n u ∞→lim 的值：0lim ≠∞→n n u ，则依据级数收敛的必要条件，知级数发散；②若0lim =∞→n n u ，不能直接判断级数是收敛还是发散，此时用比式判别法或根式判别法，当1<ρ时，级数收敛；若1>ρ或+∞=ρ时，级数发散；③当1=ρ时，级数可能收敛也可能发散，此时用比较判别法，找出一个已知敛散性的级数与之比较，然后根据比较判别法或其极限形式判定级数的敛散性，当然，对于一些具体问题，我们应该根据其特点分析，找到更简便的判别方法.2.3.3一般项级数的判别方法（1）交错级数判别法Leibniz 判别法若交错级数n n n u 11)1(+∞=-∑（0>n u ），满足下述两个条件：（i ）数列{}n u 单调递减；（ii ）0lim =∞→n n u ,则级数收敛.注：用Leibniz 判别法判定1+>n n u u 时，可以用以下几种方法：①比值法：考察是否有11>+n nu u ；②差值法：考察是否有01>-+n n u u ；③导数法：即建立一个连续可导的函数)(x f ，使),2,1()( ==n u n f n ，考察是否有0)(<'n f .例9 判定级数()∑∞=-+++-111ln )1(1)1(n n n n n 的敛散性.解：因为此级数为交错级数，设()()1ln 11+++=n n n u n ，易证()()01ln 11limlim =+++=∞→∞→n n n u n n n ，下面判定1+>n n u u ，下面我们用导数的知识判定数列{}n u 单调递减.设()()1ln 11)(+++==n n n u n f n ，则()()()()()1ln 11ln 22++-+='='n n nn u n f n ，又设()()n n n g -+=1ln ，则()0111<-+='n n g ,()n g ∴单调递减，()()0g n g < ，()0<'∴n f ，()n f 单调递减，1+>n n u u ，由Leibniz 判别法，知原级数发散.（2）绝对收敛若级数∑∞=1n nu各项绝对值组成的级数∑∞=1n nu收敛，则原级数绝对收敛.性质：绝对收敛的级数一定收敛.此定理的逆命题不成立，即：若∑∞=1n nu收敛，不能判定∑∞=1n nu也收敛.（3）Abel 判别法若{}n a 为单调有界数列，且级数∑nb收敛，则级数∑nn ba 收敛.例10 判定级数()()()∑∞=-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-2arctan 411ln 11n nnn n n 的收敛性.解：根据Leibniz 判别法知级数()∑∞=2ln 11-n nn 收敛.因为⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛+nn 11递增有界，故由Abel 判别法知级数()()∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛+-211ln 11n nnn n 收敛，又因{}n arctan 4-递减有界，再由Abel 判别法知原级数收敛.(4)Dirichlet 判别法若数列{}n a 单调递减，且0lim =∞→n n a ，又级数∑nb的部分和数列有界，则级数∑nn ba 收敛.例11 判定级数()πα2,0,sin 1∈∑∞=x nnxn ()0>α的敛散性. 解：由于当()π2,0∈x 时，有2sin 1sin 1x kx k ≤∑∞=，即∑∞=1sin n nx 的部分和数列有界，而数列()01>⎭⎬⎫⎩⎨⎧ααn 单调递减，且01lim =∞→αn n ，故由Dirichlet 判别法知，原级数收敛. 对于交错级数敛散性判定问题，应先判定其是否绝对收敛，即若∑∞=1n nu收敛，则∑∞=1n nu收敛;若不是绝对收敛，则根据Leibniz 判别法，Abel 判别法，Dirichlet 判别法判定其是否条件收敛.3、巧妙判别数项级数敛散性以上介绍了一些判别数项级数敛散性的基本方法，但是在实际的应用中往往需要多种方法结合，且有时还有一定的技巧性，下面结合一些实例列举一些常用的判别方法和技巧.3.1等价无穷小替换的方法判断级数敛散性应用定理：设∑∞=1n nu和∑∞=1n nv是两个正项级数，且当∞→n 时，n u 和n v 为等价的无穷小量，则∑∞=1n nu和∑∞=1n nv的敛散性保持一致.证明：由于当∞→n 时，n u 和n v 为等价的无穷小量，即01lim≠=∞→nnn v u ，由比较判别法的极限形式可知级数∑∞=1n nu和级数∑∞=1n nv同时收敛或同时发散.例1 判定级数()()()∑∞=+-⎪⎭⎫⎝⎛+1142411ln 1-n n n n n 的敛散性. 解：设()()()142411ln 1+-⎪⎭⎫⎝⎛+-=n n n u n n ，则()()()142411ln 1+-⎪⎭⎫⎝⎛+-=n n n u n n～()∞→=n n n n ,41412，而级数∑∞=1231n n 收敛，所以原级数绝对收敛. 3.2运用常用不等式判断级数的敛散性常用的不等式有：n n <ln ， ()x x <+1ln ， x e x+>1例2 判定级数∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-11ln 1n n n n 的敛散性. 解：此题我们可以利用不等式()x x <+1ln ，有111111ln 11ln 11ln 1+-<⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=++=+-=n n n n n n n n n n u n 因为级数∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛+-1111n n n 收敛，故原级数收敛. 3.3运用平均不等式()2221b a ab +≤判断级数敛散性应用定理：若级数∑∞=12n na和级数∑∞=12n nb都收敛，则级数∑∞=1n nn ba 绝对收敛.证明：已知级数∑∞=12n na 和级数∑∞=12n nb 都收敛，根据级数收敛的性质，则级数()∑∞+2221nn b a 收敛，由于有不等式()2221n n n n b a b a +≤，再根据比较判别法，知级数∑∞=1n n n b a 收敛，所以级数∑∞=1n n n b a 绝对收敛.例3 设常数0>λ，级数∑∞=12n n a 收敛，判断级数()∑∞=+-121n n nn a λ的敛散性.解：因为级数∑∞=12n na 收敛，并且级数∑∞=+1211n n 也收敛，所以级数∑∞⎪⎭⎫ ⎝⎛++λ221n a n 收敛，又因为⎪⎭⎫⎝⎛++≤+=+λλλ22221211n a n a n a n nn ，由比较判别法可知，级数∑∞+λ2n a n 收敛，故原级数绝对收敛.3.4拉格朗日微分中值定理判断级数敛散性应用定理：设()x f 在()1,0内可导，且其导函数有界，则级数∑∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+12111n kn f k n f 绝对收敛.证明：因为()x f 在()1,0内可导，且其导函数有界，所以存在0>M ，对于一切()1,0∈x ，都有()M x f ≤',于是由拉格朗日中值定理得()()()()211221211111k n k n k k M kn k n f kn f k n f ++-≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+'=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+ξ，由于级数()()∑∞=++1211n k n k n 收敛，所以级数∑∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+12111n kn f k n f 绝对收敛. 例4 判定级数∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+111s 101sin n n in n 的敛散性. 解：设函数()x x f 1sin=，则()x xx f 1cos 12⋅-='，知()x f '有界，令1,1021==k k ，由于满足上述定理条件，故级数∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛+-+111s 101sin n n in n 收敛. 3.5对数判别法判断级数敛散性应用定理：若级数∑∞=1n n u 为正项级数，若有0>α，使得当0n n ≥时，α+≥1ln 1lnn u n，则级数∑∞=1n nu 收敛，若有0n n ≥时，1ln 1ln≤n u n，则级数∑∞=1n n u 发散. 证明：如果0n n ≥时，不等式α+≥1ln 1lnn u n 成立，则有α+≥11n u n .由于级数∑∞=+111n nα收敛，所以由比较判别法知级数∑∞=1n n u 收敛.同理可证，当不等式1ln 1ln≤n u n成立时，则级数∑∞=1n n u 发散. 例5 判定级数()∑∞=>1ln 12n n na a 的敛散性.解：由于a nn n a n n n a n u nn n ln ln 2ln ln ln ln 2ln ln 2ln ln 1ln ln -=•-==，由洛必达法则可知：+∞=-=-=⎪⎭⎫⎝⎛-∞←+∞→+∞→a xa x x a n n n n n ln 11lim 2ln ln ln lim 2ln ln ln 2ln lim所以，对0>α，存在0n ，使得当0n n ≥时，α+≥-1ln ln 2ln a nn，因而根据以上定理原级数发散.3.6 泰勒展开式判断级数的敛散性例6 判别级数∑∞=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-111n n n e 的敛散性.解：因为⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=22121111ln 11n o n n n n n n n e e e e n e u ～⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+--n o ne 12111 ～()∞→n n e 2.由于级数∑∞=12n ne 发散，所以原级数发散. 3.7拆项法判断级数的敛散性将级数的一般项运用等价变形、三角基本公式、有理化等方法拆成几项之差也是判别级数收敛的一种常用方法.例7 判别级数()∑∞=-122sin sin n n n n αα的敛散性. 解：因为()()n sin -sin sin sin 2222ααααn n n n n =-，而且()2221sin n n n ≤α，由于级数∑∞=121n n收敛，根据比较判别法知级数()∑∞=122sin n n n α收敛；而且∑∞=1sin n n α，当παk =时，该级数收敛；当παk ≠时，该级数发散.由此可知，当παk =时，原级数收敛；当παk ≠时，原级数发散.3.8 Gauss 判别法判断级数的敛散性若() ,2,10=>n a n ，且⎪⎭⎫⎝⎛++=++εμλ111n O n a a n n ，0>ε，则级数∑∞=1n n a 当1>λ时收敛；当1<λ时发散；而当1=λ时，对1>μ收敛，对1≤μ发散.例8 判别级数()()∑∞=>>-++1)0,0(1!11n qq p nn n p p p 的敛散性. 解：对于这个级数来说，⎪⎭⎫⎝⎛++-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=+-+211111111111n O n p q n n p n n n p n a a q q n n ，所以它在p q >时收敛，在p q ≤时发散.3.9运用函数判定数项级数的敛散性以前讨论的方法判定级数敛散性都与数列极限紧密联系，这种方法利用函数来研究数项级数.给出了利用函数的导数和极限判别数项级数敛散性的的方法.应用定理1 若级数∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 收敛，则()0lim 0=→x f x证明：已知级数∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛11n n f 收敛，有级数收敛的必要条件得01lim =⎪⎭⎫⎝⎛∞→n f x ，因而()01lim lim 0=⎪⎭⎫⎝⎛=∞→→n f x f n x . 例9 判别级数∑∞=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-11cos 1n n n e n π的敛散性. 解：由于11lim 1lim 01=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-→∞→x e e n xx nn ，又由于 2cos lim 0π→x 不存在，所以⎪⎭⎫⎝⎛∞→n f x 1lim 不存在，由定理1的逆否命题可知，级数不收敛. 应用定理2 如果()x f x '→0lim 存在，∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 绝对收敛，则()0lim 0='→x f x .应用定理3 如果函数在0=x 存在二阶导数，且()()000='=f f ，则∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 绝对收敛. 应用定理4 如果()x f x ''→0lim 存在，而且()()0lim lim 0='=→→x f x f x x ，则∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 绝对收敛. 证明：首先作辅助函数 ⎩⎨⎧≠==0)(00)(x x f x x G考察()x G ，有()00=G ()()()0lim lim 000='=='→→x f xx f G x x()()()()()x f xx f x G x G G x x x ''=='-'=''→→→000lim lim 0lim0 由于已知()x f x ''→0lim 存在，即()00=''G 存在，对()x G 满足定理3条件，所以∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛11n n f 绝对收敛.例10 判别级数2111112∑∞=-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--+n n nn a a a 的敛散性.解：不妨设()212⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=-x x x a a a x f ，则()()()3212ln 2--+='-x x x a a a a x f()()()4223211692146ln 2-+-+-+-=''--xx x x x x aa a a a a x f求极限得()0lim 0=→x f x应用洛必达法则，得()()03242722ln 8lim 3220=+-+-+='--→x x x xx x x x a a a a a a a a x f ()()a aa a a a a a a a x f x x x x x x x x x x x 2234223200ln 4248164932149681ln lim lim =-+--+-+=''--→→ 所以()x f x ''→0lim 存在，根据定理4知级数2111112∑∞=-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--+n n nn a a a 绝对收敛.从以上分析和各例子可以看出，判定数项级数敛散性方法众多，我们应深刻体会各个定义、性质、定理的条件及结论，同时也要善于观察和总结，正确且灵活地使用各定理.。

数项级数敛散性判别法(总结)

华北水利水电学院数项级数敛散性判别法。

（总结）课程名称：高等数学（下）专业班级：成员组成联系方式：2012年5月18日摘要：在学习数项级数的时候，对于单一的方法所出的例题，大家都知道用何种方法去解决。

但是等到所有的方法学完之后，再给出题目，大家似乎一头雾水，不知道用哪一种方法。

有些同学甚至挨个拭每一种方法，虽然也可行。

但是对于同一个级数，用不同的方法判断敛散性的难易程度不同，如果选用合适的方式，可以到到事半功倍的效果，但是如果悬选择了错误的方法，可能费了九牛二虎之力之后，得出的结果还是错误的。

所以我们有必要总结一下判断敛散性的方法，了解它们的特性，才能更好地运用它们。

关键词：数项级数，敛散性，判断，方法。

英文题目Abstract:Single out examples to learn a number of series,we all know which way to go.But wait until all of the methods after completing their studies are given topics,everyone seems confused and do not know what kind of way. Some students even one by one swab of each method, although it is also feasible.But for one series,using different methods to determine the convergence and divergence of the degree of difficulty, if the appropriate choice of the way to a multiplier effect,but if the hanging has chosen the wrong way,may have spent nine cattle tigers after the power, the result is wrong.So we need to sum up to determine the convergence and divergence,and to understand their characteristics,in order to make better use of them.Key words:A number of series,convergence and divergence of judgment.引言：以下介绍书中所提到的判断数项级数敛散性的定理，并通过一些例题，讲解它们各自的适用范围。

数项级数的敛散性判别法-数项级数敛散性判别法共34页

拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。 ——左
数项级数的敛散性判别法-数项级数敛散性判别法
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新来燕，双双入我庐，先巢故尚在，相将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、陶渊明（约 365年 —427年），字元亮，（又一说名潜，字渊明）号五柳先生，私谥“靖节”，东晋末期南朝宋初期诗人、文学家、辞赋家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
பைடு நூலகம்
审
容
膝
之
易
安
。
56、书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉。 ——库法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一次也不善于度过。— —吕凯特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处，只不过是愈来愈发觉自己的无知。 ——笛卡儿
文家。汉族，东晋浔阳柴桑人（今江西九江）。曾做过几年小官，后辞官回家，从此隐居，田园生活是陶渊明诗的主要题材，相关作品有《饮酒》、《归园田居》、《桃花源记》、《五柳先生传》、《归去来兮辞》等。

常见级数的敛散性总结

常见级数的敛散性总结在数学领域中，级数是一种无穷求和的表示方法，由无穷个数相加而得。

在研究级数时，一个常见的问题是判断级数的敛散性，即确定级数是否会收敛（和有限）或发散（和无穷）。

本文将对几种常见级数的敛散性进行总结。

一、等差级数等差级数是最简单的一种级数形式，也是最容易判断敛散性的一种。

等差级数的通项公式为an = a1 + (n-1)d，其中a1为首项，d为公差。

等差级数的前n项和Sn可以通过公式Sn = n/2(a1 + an)计算得出。

对于等差级数，当公差d等于0时，级数的每一项都相等，故等差级数收敛。

当公差d不等于0时，可以通过求通项an的极限来判断级数的敛散性。

若极限存在且有限，则级数收敛，否则级数发散。

二、调和级数调和级数是最基本的一个级数，通项公式为an = 1/n。

调和级数的前n项和Sn可以表示为Sn = 1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1/n。

调和级数是一个经典的发散级数，即和无限大。

这可以通过取Sn 的极限来证明。

当n趋于无穷大时，Sn趋近于无穷大，因此调和级数发散。

三、几何级数几何级数是一种特殊的等比级数，通项公式为an = a * r^(n-1)，其中a为首项，r为公比。

几何级数的前n项和可以通过公式Sn = a* (1 - r^n) / (1 - r)来计算得出。

对于几何级数，当公比r的绝对值小于1时，级数收敛。

当|r|≥1时，级数发散。

这可以通过计算Sn的极限来验证。

当|r|<1时，Sn有极限存在且有限；当|r|≥1时，Sn趋于无穷大，因此几何级数敛散性与公比的绝对值大小有关。

四、幂级数幂级数是一种特殊的级数形式，通项公式为an = cn * (x -a)^n，其中cn为系数，a为常数，x为变量。

幂级数可以用于描述一些基本函数，如多项式、指数函数、三角函数等。

对于幂级数，其敛散性与变量x的取值范围有关，故需要对每个x值进行研究。

根据幂级数的收敛域来判断。

5_2数项级数敛散性判别法

的敛散性.
解
Q
n1
1 2n
,

3
n1
1 2n
和
(1)n 2n
n1
也收敛，
根据级数性质，两个收敛级数对应项相加（减）
得新级数也收敛。
绝对收敛级数与条件收敛级数具有完全不同的性质. *定理8. 绝对收敛级数不因改变项的位置而改变其和.
( P228 定理5.8 )
*定理9. ( 绝对收敛级数的柯西乘法 )
设对一切
都有
令
因为
所以
(1) 若级数
收敛, 则有
因此根据数列的比较审敛法, 有也收敛，
这说明级数
也收敛 .
(2) 若级数
发散, 则有
因此
这说明级数
也发散 .

例2. 讨论的
1
敛散性.
n1 n(n 1)
解: 此级数的通项满足
0

1 n(n 1)

1 n2
而级数
n1
1 n2
收敛 , 由比较审敛法可知级数

n 1
n 1
所以发散。

例9. 判别正项级数 un 收敛，试判断级数 un2
n 1
n 1
的敛散性.

解: 因为正项级数
un
收敛，则必有
lim
n
un

0
n 1
lim un2 u n
n

lim
n
un
0,

根据比较审敛法的极限形式知 un2收敛。
n 1
定理4 . 比值审敛法 ( D’alembert 判别法)
当x 1时, 级数发散 ; 当x 1时,

考研数学中的级数问题分析

考研数学中的级数问题分析级数是考研数学中的一个重要内容，常以解答题的形式出现，主要有如下三个方面的题型：一是级数敛散性的判定问题，二是级数的求和问题，三是函数的幂级数展开与傅里叶级数展开的问题.以下是以近年考研题为例，对级数问题所作的几点分析.
一、级数敛散性的判定
二、级数的求和问题
1.数项级数求和
解：如图可知：
2.幂级数求和
幂级数求和是级数中的一个难点问题，但解题思路却比较明确，一般用间接法求解.也就是先把所给幂级数转化为已知的幂级数表示，然后利用已知的幂级数求和.如何用已知幂级数去表示所求幂级数，是解题的难点.解题时应注意对所给幂级数的项进行分析，将它的项与已知幂级数的项进行比对，常可通过提取公因式、系数分拆、求导、求积等手段寻找到它们之间的关系，进而将所给幂级数用已知幂级数表示，然后求和.
三、函数的幂级数展开与傅里叶级数展开
函数的幂级数展开与傅里叶级数展开是级数，也是考研级数中常见问题.一般的，函数的幂级数展开主要用间接法，即将所给函数化为“已知函数”后再展开，而函数的傅里叶级数展开则用直接法，即通过公式先计算傅里叶系数，然后将函数展开为傅里叶级数.
1.函数的幂级数展开
例6：将展开成x的幂级数.【2006数学（一）第17题】
2.函数的傅里叶级数展开。

第二节数项级数敛散性判别法

S n 1 u 1 u 2 u n u n 1 S n u n 1 S n ,
可知数列 S1,S2, ,Sn, 为单调增加数列.
定理正项级数 u n 收敛的充分必要条件为：它的 n 1
前n 项部分和所构成的数列 {Sn}有上界.
定理(比较判别法1) 设两个正项级数 u n 与 v n ,
n3 2n
的敛散性.
解所给级数的通项 un
n n3 2n
n
由于
lim
n
n 3 2 n lim
1
n
n3 lim n3 2n n
n2 n2 2
1,
n1/2
1 因为 1
n n 2 2
发散，由比较法知
n2
n n3 2n
发散.
例
判别
(1 )1cos1,
n1
n
(2n )12nln131n的敛散性.
1 2 1 p2 1 p 4 1 p4 1 p4 1 p4 1 p 8 1 p 8 1 p
121 p121 p1221 p13 .
8 项
后者级数为等比级数,
公比
r
1 2p1
1,
级数收敛.
因此，利用比较判别法可得知,

当p>1时，
n
1
1 n
p
收敛.
综合上述有 n 1n1p当 p1时收 0敛 p1时，发 . 散
例判定 (1)
1
, (2)
1
的敛散性.
n1(n1)(n4) n1n n2
解 (1)因为 0un(n1)1n (4)n12
而级数
n 1
1 n2
收敛，由比较法知
1
收敛.

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2016考研数学数项级数敛散性判定解题思路总结
数项级数敛散性判定是考研数学一数三考试的重点题型，而且是考试的难点，为了便于同学们解题，文都考研高端数学老师帮大家总结了此种题型的解题思路和常用结论，希望对大家的学习有帮助。

1.解题思路
若有两个收敛，则第三个收敛;
若其中一个收敛，另一个发散，则第三个发散;
若有两个发散，则第三个敛散性不确定;
若有两个绝对收敛，则第三个绝对收敛;
若其中一个绝对收敛，另一个条件收敛，则第三个条件收敛;
若有两个条件收敛，则第三个收敛，但不能判断它是绝对收敛还是条件收敛。