数项级数及其收敛性
数项级数及其收敛性
无穷级数是微积分中不可缺少的部分，无穷级数的历史可追溯到两千多年前，在古代希腊和中国就有了模糊的级数思想，而无穷级数的真正发展是从微积分诞生开始的。
古希腊时期，亚里士多德就知道公比小于1（大于零）的等比级数可求出和数；阿基米德在《抛物线图形求积法》一书中，使用几何级数去求抛物弓形面积，并且得出级数231
111
41 (44443)
n 的和；关于无穷级数，数学史上有个著名的芝诺悖论。
"两分法”：向着一个目的地运动的物体，首先必须经过路程的中点；然而要经过这点，又必须先经过路程的四分之一点；要过四分之一点又必须首先通过八分之一点等等，如此类推，以至无穷。
结论是：无穷是不可
穷尽的过程，运动永远不可能开始的。
'庄子亦说'一尺之棰，日取其半，万世不竭。
''但同时经验告诉我们，终点是能够达到的。
'要解决这个悖论，需要引进极限方法。
研究无穷级数及其和，可以说是研究数列及其极限的另一种形式，尤其在研究极限的存在性及计算极限方面显示出很大的优越性.它在表达函数、研究函数的性质、计算函数值以及求解微分方程等方面都有重要的应用,在解决经济、管理等方面的问题中有着十分广泛的应用.
一、级数基本概念
定义1设给定一个数列，，，，，n u u u u 321，则表达式
n
u u u 21称为无穷级数，简称级数，记作
1n n
u ，即n n n u u u u 2
11，
其中称为级数的第项，也称一般项或通项，如果是常数，则级数1n n
u 称为常数项级数，如果是函数，则级数1n n u 称为函数项级数．
其实，在中学数学中我们就已经遇到过无穷级数，如无穷等
比数列:2,,............(1)n a aq aq aq q ,各项的和
2............1n a a aq aq aq q ；另外，无限循环小数也是无穷级数，比如：1
0.33
1033.0，2103
03.0，n 103
030.0，所以有。
数项级数收敛性判别资料
n 1 n 1
(1) 如果级数 vn 收敛，则级数 un 也收敛；
n 1
n 1
(2) 如果级数 un 发散，则级数 vn 也发散．
n 1
n 1
推论 设 un 和 vn 都是正项级数，且存在自然
n 1
n 1
数 N ，使当 n N 时有 un kvn (k 0) ，
(1)如果 vn 收敛，则 un 也收敛；
时
从而
un1 un un1 uN
因此
lim
n
un
uN
0,
所以级数发散.
说明: 当 lim un1 1 时,级数可能收敛也可能发散.
n un
例如, p – 级数
1
lim un1 n un
lim
n
(n1)
1 np
p
1
p 1, 级数收敛 ;
但
p 1, 级数发散 .
2020年10月6日星期二
2020年10月6日星期二
4
目录
上页
下页
返回
例2
讨论
p
级数 1
1 2p
1 3p
1 np
(常数
p
>
0)
的敛散性.
解: 1) 若 p 1, 因为对一切
1 n
而调和级数
n1
1 n
发散
,
由比较审敛法可知
p
级数
发散 .
2020年10月6日星期二
5
目录
上页
下页
返回
2) 若
因为当
时,
故
n1 n1 x p
d
x
提示：解法与例 6 完全类似！
数列、级数及其收敛性的定义和判定
数列、级数及其收敛性的定义和判定数列和级数是数学中比较基础的概念，理解其定义和判定对于进一步学习数学知识和应用非常重要。
本文将简要介绍数列、级数的定义以及如何判断它们的收敛性。
一、数列的定义数列就是按照一定规律排列起来的一系列数字。
比如，1，3，5，7，9就是一个数列，规律是从1开始，每次加2。
数列可以用一个通项公式来表示。
比如，对于上面的数列，第n项就可以表示为：2n-1。
二、数列的收敛和发散如果一个数列的所有项都趋向于某个数，那么这个数列就是收敛的。
比如，1，1/2，1/3，1/4……这个数列就是收敛的，极限是0。
如果一个数列趋向于无穷大或负无穷大，那么这个数列就是发散的。
比如，1，2，3，4，5……就是一个发散的数列。
三、级数的定义级数就是把数列中的项相加得到的一个和。
比如，1+1/2+1/4+1/8+……就是一个级数。
级数可以看作是数列的和的极限。
级数一般表示为：∑an。
四、级数的收敛和发散判断级数的收敛和发散可以使用多种方法。
下面介绍几种常用的方法。
1.比值判别法如果级数的通项公式为an，那么计算an+1/an的极限L，如果L小于1，那么级数收敛；如果L大于1，那么级数发散；如果L 等于1，那么无法判定。
2.根值判别法如果级数的通项公式为an，那么计算an的n次方根的极限L，如果L小于1，那么级数收敛；如果L大于1，那么级数发散；如果L等于1，那么无法判定。
3.积分判别法如果级数的通项公式为an，那么将an看作某个函数f(x)在1到无穷大的积分，如果这个积分收敛，那么级数就收敛；如果这个积分发散，那么级数就发散。
总之，数列和级数的定义和收敛性判定是我们学习数学中必须要掌握的基础知识。
只有理解了这些知识，才能更好地应用于实际问题的解决。
数项级数2——正项级数的收敛性
数项级数2 正项级数的收敛性一、本节的例题选讲如下，后面附有详细的解答过程。
例1 讨论级数∑∞=−12141n n 的收敛性。
例2 讨论级数∑∞=−123n n n 的收敛性。
例3 讨论级数∑∞=−1253n n n n的收敛性。
例4 讨论级数∑∞=11sinn n的收敛性。
例5 讨论级数∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛−11cos 1n n 的收敛性。
例6 讨论级数n n n πtan 23∑∞=的收敛性。
例7 讨论级数()∑∞=++3312n n n n 的收敛性。
例8 讨论级数()∑∞=>+1011n na a 的收敛性。
例9 讨论级数∑∞=−12121n n的收敛性。
例10 讨论级数∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛+111ln n n 的收敛性。
例11 讨论级数∑∞=12sinn nπ的收敛性。
例12 讨论级数∑∞=122sinn nn π的收敛性。
例13 讨论级数()11!2nn n ∞=+∑的收敛性。
例14 讨论级数∑∞=123n n n 的收敛性。
例15 讨论级数∑∞=1!10n nn 的收敛性。
例16 讨论级数∑∞=−1212n nn 的收敛性。
例17 讨论级数∑∞=123n n n 的收敛性。
例18 讨论级数∑∞=12tann nn π的收敛性。
例19 讨论级数()[]∑∞=+11ln 1n n n 的收敛性。
例20 讨论级数123nn n n ∞=⎛⎫⎪−⎝⎭∑的收敛性。
二、上面例题的详细解答。
情况1 利用比较讨论法及其极限形式讨论正项级数的收敛性 例1 讨论级数∑∞=−12141n n 的收敛性。
解：∑∞=−12141n n 和11n n∞=∑都是正项级数，1limlim 2n n n→+∞→+∞==，调和级数11n n∞=∑发散，∴由比较判别法可知，级数∑∞=−12141n n 发散。
例2 讨论级数∑∞=−123n n n 的收敛性。
解： ∑∞=−123n n n 和211n n ∞=∑都是正项级数，22lim lim 3n n n →+∞==， P −级数211n n∞=∑收敛，∴由比较判别法可知，级数∑∞=−123n n n 收敛。
数项级数及其收敛性
n
因
为lim n
un
0
, 所 以 该 级 数 发 散.
例 6 试讨论级数 sin n 的收敛性 .
n1
2
解 注意到级数
n
sin 1 0 - 1 0 1 0 - 1 0
n1
2
的通项
un
sin n 2
,
当
n
时, 极限不存在,
所以级数发散 .
也必收敛
,
且有lim
n
rn
0
.
这是因为
rn S - Sn ,
nlim rn
lim(S
n
-
Sn )
S
-
S
0
.
显然, rn 就是用部分和Sn 替代级数和S 时 所产生的误差. 这是能借助级数作近似计算 的基本依据.
三、数项级数收敛的必要条件
若数项级数 un 收敛于 S, 那么由其部分和 n1
的概念, 就有
并记为 S un , 这时也称该级数收敛于 S .
n1
若部分和数列的极限不存在， 就称级数 un
n1
发散.
例 2 试讨论等比级数
a + ar + ar2 + ···+ arn-1 + ··· (a 的收敛0性) .
解 根据等比数列前 n 项的求和公式可知， 当 r 1 时， 所给级数的部分和为
于是
un Sn -S n-1 .
lim
n
un
l i m(
n
S
n
-
Sn-1 )
.
依据级数收敛的定义可知,
lim
n
Sn
lim
n
数项级数和函数项级数及其收敛性的判定
学号数项级数和函数项级数及其收敛性的判定学院名称：数学与信息科学学院专业名称：数学与应用数学年级班别：姓名：指导教师：2012年5月数项级数和函数项级数及其收敛性的判定摘要 本文主要对数项级数中的正项级数与函数项级数收敛性判定进行研究，总结了正项级数和函数项级数一致收敛的部分判别法，并且介绍两种特别判别法：导数判别法和对数判别法。
关键词：数项级数；正项级数；函数项级数；一致收敛性；导数判别法；对数判别法.Several series and Function of series and the judgment of theirconvergenceAbstract In this paper, the author mainly discusses two series: Several series of positive series and Function of series. Summarizing the positive series and function of the part of the uniform convergence series discriminant method .And it presents two special discriminant method: derivative discriminant method and logarithmic discriminant method.Keywords Several series; Positive series; Function of series; uniform convergence; derivative discriminant method; logarithmic discriminant method前 言在数学分析中,数项级数和函数级数是全部级数理论的基础,而且数项级数中的正项级数和函数级数是基本的,同时也是十分重要的两类级数。
数项级数的定义
数项级数的定义一、数项级数的概念数项级数是指由一系列数项按照一定规律相加而得到的一种数列。
数项级数一般表示为 S =a 1+a 2+a 3+...+a n +...，其中 a n 是数项。
二、数项级数的和数项级数的和指的是将数项按照一定次序相加的结果。
如果数项级数的和存在有限值，我们称该数项级数是收敛的，收敛的和就是该级数的和；如果数项级数的和不存在有限值，我们称该数项级数是发散的。
三、数项级数的收敛条件数项级数的收敛与数项的值有关，有以下几种常见的收敛条件：1. 绝对收敛如果数项级数的各个数项 a n （n ≥1）的绝对值组成的级数 ∑|a n |∞n=1 收敛，则称原数项级数 ∑a n ∞n=1 是绝对收敛的。
2. 条件收敛如果数项级数 ∑a n ∞n=1 收敛，但 ∑|a n |∞n=1 发散，则称原数项级数是条件收敛的。
3. 收敛性与发散性对于一般的数项级数，没有绝对收敛或条件收敛的情况，称该数项级数是发散的。
四、数项级数的性质数项级数具有以下一些基本的性质：若级数 ∑a n ∞n=1 和 ∑b n ∞n=1 都收敛，则级数 ∑(a n +b n )∞n=1 也收敛，并且有∑(a n +b n )∞n=1=∑a n ∞n=1+∑b n ∞n=1。
2. 常数倍数性若级数 ∑a n ∞n=1 收敛，则级数 ∑(ka n )∞n=1 也收敛，并且有 ∑(ka n )∞n=1=k ∑a n ∞n=1（k 为常数）。
3. 递推式若级数 ∑a n ∞n=1 的部分和数列 {S n } 满足递推式 S n =S n−1+a n （n ≥2）并且lim n→∞S n 存在，则级数 ∑a n ∞n=1 收敛且 lim n→∞S n =∑a n ∞n=1。
4. 比较性若级数 ∑a n ∞n=1 和 ∑b n ∞n=1 满足 |a n |≤|b n |（n ≥1），且 ∑b n ∞n=1 收敛，则∑a n ∞n=1 绝对收敛。
数项级数收敛性的判别
数项级数收敛性的判别一、基本概念数项级数是由一列实数构成的无限级数，形式化表示为：$$\sum_{n=1}^{\infty}a_n=a_1+a_2+...+a_n+...$$其中$a_n$为级数中第$n$个数。
对于数项级数$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$，我们关心的问题是其收敛性或发散性。
设数列$\{S_n\}$表示数项级数的前$n$项和，则有：二、基本判别法1.正项级数判别法正项级数指所有项都是非负数的级数。
对于正项级数$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$，若存在正整数$p$，使得对于任意$n\ge p$，都有$a_n\ge a_{n+1}$，则数项级数收敛。
该判别法常被称为级数单调有界准则，或称作单调有界原理，其思路为：单调有界必收敛。
当级数中第$p$项后，级数的每一项都小于等于$a_p$，同时又因为级数的每一项都为非负数，所以$\{S_n\}$必单调不降；又由于$a_n$单调减少，$\{S_n\}$最终必定收敛。
2.比较判别法（1）当级数$\sum_{n=1}^{\infty}b_n$收敛时，级数$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$也收敛。
比较判别法常被称为比较原理，其思路为：级数$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$的上界为级数$\sum_{n=1}^{\infty}b_n$的上界，则当$\sum_{n=1}^{\infty}b_n$收敛时，$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$必定收敛；反之，当$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$发散时，$\sum_{n=1}^{\infty}b_n$必定发散。
设极限$L=\lim_{n\to\infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}$存在，则：若$L=1$，则比值判别法无法断定级数的收敛性。
在比值判别法中，我们通常都称级数$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}$为原级数的比值级数。
数项级数及其收敛性
数项级数及其收敛性无穷级数是微积分中不可缺少的部分，无穷级数的历史可追溯到两千多年前，在古代希腊和中国就有了模糊的级数思想，而无穷级数的真正发展是从微积分诞生开始的。
古希腊时期，亚里士多德就知道公比小于1（大于零）的等比级数可求出和数；阿基米德在《抛物线图形求积法》一书中，使用几何级数去求抛物弓形面积，并且得出级数23111141 (4)4443n +++++=的和；关于无穷级数，数学史上有个著名的芝诺悖论。
"两分法”：向着一个目的地运动的物体，首先必须经过路程的中点；然而要经过这点，又必须先经过路程的四分之一点；要过四分之一点又必须首先通过八分之一点等等，如此类推，以至无穷。
结论是：无穷是不可穷尽的过程，运动永远不可能开始的。
'庄子亦说'一尺之棰，日取其半，万世不竭。
''但同时经验告诉我们，终点是能够达到的。
'要解决这个悖论，需要引进极限方法。
研究无穷级数及其和，可以说是研究数列及其极限的另一种形式，尤其在研究极限的存在性及计算极限方面显示出很大的优越性.它在表达函数、研究函数的性质、计算函数值以及求解微分方程等方面都有重要的应用,在解决经济、管理等方面的问题中有着十分广泛的应用. 一、级数基本概念定义1 设给定一个数列 ，，，，，n u u u u 321，则表达式 ++++n u u u 21称为无穷级数，简称级数，记作∑∞=1n nu，即++++=∑∞=n n nu u u u211，其中称为级数的第项，也称一般项或通项，如果是常数，则级数∑∞=1n nu称为常数项级数，如果是函数，则级数∑∞=1n nu称为函数项级数． 其实，在中学数学中我们就已经遇到过无穷级数，如无穷等比数列: 2,,............(1)n a aq aq aq q <,各项的和2............1n a a aq aq aq q++++=-；另外，无限循环小数也是无穷级数，比如：10.33=1033.0=，210303.0=，n103030.0=，所以有n 103103103312+++≈ ．显然，越大，这个近似值就越接近31，根据极限的概念可知)103103103(lim 312n n +++=∞→ ，也就是说++++=n 103103103312．由以上两个实例可以得到两个重要结论：结论：1、在一定条件下无穷多个数的和是有意义的，即等于一个常数。
第一次课、数项级数的收敛性
S'S
制作人：杨寿渊
注意 (1).收敛级数去掉括号后所得级数未必收敛.
反例: (1 1 ) (1 1 ) (1 1 ) 收敛,
去掉括号后, 1 1 1 1 1 1 发散.
(2).若加括号后所得级数收敛,则原级数未必收敛. (3).若加括号后所得级数发散,则原级数发散.
级数： 设给定一个数列：u1,u2,,un,,
称 unu1u2un （1）
n1
为无穷级数，简称级数.
un
一般项
二、级数的收敛与发散
n
前n项和 sn ui u1u2un
s
n
i1
构成一个新的数列:
称为(1)的部分和.
s1 u1, s2u1u2, s3u1u2u3, L , snu 1 u 2 u n , 称为部分和数列
设 A c h i l e e s 的 速 度 为 v , 则 A c h i l l e s 追 上 乌 龟 所 需 的 时 间 为
T1001010.1L v vv v
这 就 遇 到 了 无 限 项 相 加 的 问 题 ， 它 的 意 义 是 什 么 ？
制作人：杨寿渊
第一节 无穷级数的概念
一、无穷级数的概念
n1
n1
n1
n
n
n
证 Tn (ui vi ) u i v i Sn Wn
i1
i1
i1
ln im Tnln i (m SnW n)ln i m Snln i m WnSW
收敛级数的线性组合仍收敛.
制作人：杨寿渊
性质3 收敛级数加括号后所得新级数仍收敛,且收敛和不变
证:设 Su1LunL, Snu1Lun,为其部分和，对原
发散
收敛原理与数项级数
收敛原理与数项级数收敛原理是数学分析中的一个重要概念，用于描述数列或数项级数的极限性质。
在数学中，数列是一系列数字按照一定规律排列而成，而数项级数是将数列的每一项进行求和。
在实际应用中，很多问题可以转化为数列的极限性质，通过收敛原理可以判断其是否趋于有限的极限值。
本文将介绍收敛原理与数项级数的相关概念及其性质。
一、数列和数项级数的定义1.1数列：数列是按照一定的规则将数字排列成的序列。
数列通常用{an}表示，其中an表示数列的第n项。
数列的极限是指数列中的数字随着n的增大，逐渐趋于一些有限的值。
如果数列{an}的极限存在，则称该数列收敛，否则称为发散。
1.2数项级数：数项级数是将数列的每一项进行求和得到的结果。
数项级数通常用{Sn}表示，其中Sn表示数列{an}前n项的和。
类似于数列，如果数项级数的极限存在，则称该级数收敛，否则称为发散。
二、数列的收敛原理2.1单调有界原理：如果一个数列既是有界的又是单调的，那么它一定收敛。
单调有界原理是数列收敛的基本原理之一，对于数列的收敛性判断提供了一种简单有效的方法。
2.2子数列收敛原理：2.3夹逼定理：如果数列{an}和数列{cn}收敛并且极限值等于L，对于数列{bn}，如果存在一个自然数N，使得当n>N时，有an ≤ bn ≤ cn，那么数列{bn}也收敛并且极限值也等于L。
夹逼定理是判定数列收敛性的重要工具，它利用了数列之间的大小关系来进行极限的推导。
三、数项级数的收敛性质3.1收敛级数的性质：如果一个级数收敛，那么它的偏序列也收敛。
同时，如果一个级数的其中一个部分收敛，那么其余的部分也收敛。
3.2正项级数的比较判别法：如果一个级数的每一项都大于等于另一个级数的对应项，则这个级数收敛；如果一个级数的每一项都小于另一个级数的对应项，则这个级数发散。
正项级数的比较判别法通过将级数与已知的级数进行比较，来判断级数的收敛性。
3.3比值判别法和根值判别法：对于正项级数，如果存在常数ρ使得当n充分大时，an+1 / an，≤ ρ（比值判别法）或，an，^(1/n) ≤ ρ（根值判别法）成立，则级数收敛；如果存在常数ρ使得当n充分大时，an+1 / an，≥ ρ > 1 或，an，^(1/n) ≥ ρ > 1成立，则级数发散。