关于正项级数敛散性判定方法的总结比较
8.2正项级数敛散性的判别
∞
证 ： ≤1 级 发 ； >1 级 收 。 明 p 时 数 散 p 时 数 敛 ∞ 1 解: (1) p = 1时, 调和级数 ∑ 发散 . n =1 n ∞ ∞ 1 1 1 ( 2) p < 1时， ≤ p Q ∑ 发散，∴ ∑ 1 发散. 发散， p n n n =1 n n =1 n ( 3) p > 1时， 方向：证原级数 某一收敛级数 方向：证原级数<某一收敛级数 ∞ 1 1 1 1 1 1 1 ∑ np = 1 + 2p + 3p + 4p + 5p + 6p + 7p +L n =1 1 1 1 1 1 1 < 1 + ( p + p ) + ( p + p + p + p ) + L 几何级数 2 2 4 4 34 4 2 n ∞ 1 1 1 1 收敛！ < 1 + p −1 + p−1 + p −1 + L = ∑ p−1 收敛！ 2 n=0 2 2 2 +∞ 1 此 论 广 积 ∫ dx的 散 相 。 敛 性 同 ∴ 原级数收敛。 结 与 义 分 原级数收敛。 p 1 x
的敛散性。 例2.判定∑ 2 sin n的敛散性。 3 n =1 解: 由于当 x > 0时， < sin x < x 0 n π 2 n n π 故0 < 2 sin n < 2 n = π ( n = 1,2L) 3 3 n 3 ∞ 2 2 Q ∑ π 为公比是 的几何级数， 收敛 的几何级数， n =1 3 ∞3 π n ∴由比较判别法知 ∑ 2 sin n收敛。 收敛。 3 n =1
级数敛散性判别方法的归纳
级数敛散性判别方法的归纳级数是数列之和的概念在数学中的推广。
级数的敛散性是数学中的一个重要问题，判别级数的敛散性常用的有几个方法，包括比较判别法、比值判别法和积分判别法。
下面我们将对这几种方法进行详细的归纳阐述。
一、比较判别法（包括比较判别法和比较判别法的极限形式）比较判别法的基本思想是用一个已知的级数和未知的级数进行比较，从而判断未知级数的敛散性。
1.比较判别法对于正项级数∑a_n和∑b_n，如果存在正数c和N，使得当n>N时，有a_n≤cb_n成立，那么：（1）若∑b_n收敛，则∑a_n也收敛。
（2）若∑b_n发散，则∑a_n也发散。
2.比较判别法的极限形式对于正项级数∑a_n和∑b_n，如果存在正数c和N，使得当n>N时，有lim(a_n/b_n)=c成立，那么：（1）若0<c<∞，则∑b_n收敛或发散，则∑a_n也收敛或发散。
（2）若c=0，则∑b_n收敛，则∑a_n也收敛。
（3）若c=∞，则∑b_n发散，则∑a_n也发散。
比较判别法适用于一些特殊情况，如∑(1/n^p)的敛散性可以通过与调和级数∑(1/n)做比较来判断。
二、比值判别法比值判别法的基本思想是通过比较级数的相邻项之比的极限值，从而判断级数的敛散性。
对于正项级数∑a_n，计算lim(a_(n+1)/a_n)，若这个极限存在：（1）若0≤lim(a_(n+1)/a_n)<1，级数收敛；（2）若lim(a_(n+1)/a_n)>1或lim(a_(n+1)/a_n)=∞，级数发散；（3）若lim(a_(n+1)/a_n)=1，比值判别法无效，需使用其他方法。
比值判别法适用于一些具有指数函数的级数，如幂级数∑(x^n)的敛散性可以通过计算lim(x^(n+1)/x^n)，进而判断。
三、积分判别法积分判别法是通过将级数转化为函数积分的形式，从而判定级数的敛散性。
对于正项级数∑a_n，若存在函数f(x)，使得f(x)满足以下条件：（1）f(x)在区间[1,+∞)上连续非负递减；（2）级数∑a_n与函数积分∫f(x)dx存在以下关系：a_n=f(n)，则（a）若∫f(x)dx在区间[1,+∞)上收敛，则级数∑a_n也收敛；（b）若∫f(x)dx在区间[1,+∞)上发散，则级数∑a_n也发散。
第2节正项级数敛散性的判别
n1
2 3
n
,
由等比级数的敛散性可知：原级数收敛.
例3
1
讨论 P 级数 n1 n p
( p > 0 ) 的敛散性.
解
当 p＝1时,
P
级数为调和级数:
1 n1 n
,
它是发散的.
当 0 < p < 1 时,
有
0
1 n
1 np
,
由比较判别法, P 级数此时是发散的.
故 p 1时, P 级数是发散的.
综上所述:
当 p > 1 时, P 级数收敛. 当 p 1 时, P 级数发散.
4.比较判别法的极限形式
设和为两个正项级数, 且 vn 0 (n 1, 2,;
或从某一项 N0 开始).
若
lim un n vn
,
则
(1) 0 时, un 与 vn 具有相同的敛散性.
n1
n1
(2) 0 时, vn 收敛 un 收敛.
综上所述,当 0 < x < a 时, 原级数收敛; 当 x a 时, 原级数发散.
n
an 1 a2n
lim a n n 1 a2n
a 1,
1 n
当a
1时,
lim n
n
an 1 a2n
lim
n
n
a
1
1 a
2n
1 a
1,
故 a 0 且 a 1时, 原级数收敛.
例8
判别
n1
x a
n
的敛散性.
(
x
>
0,
a
>
0
为常数)
解
正项级数敛散性的判断及其应用
正项级数敛散性的判断及其应用摘要级数是高等数学教学中的一个重要内容，而正项级数又是级数的重要组成部分,敛散性问题级数理论的一个基本问题，判别正项级数敛散性的方法很多.本文总结了正项级数的各种敛散性判别法,主要有比较判别法及其推广、积分判别法及其推广、导数判别法和一般项级数敛散性判别法;简单介绍了它们强弱性关系,给出了典型例题验证上述判别法的有效性.关键词正项级数；判别法；敛散性The Convergence Tests and Applicationfor Series of Positive Terms!AbstractHigher Mathematics series is an important part of teaching, The series of positive terms is an important series Part, Positive identification of Convergence and Divergence of many paper has summarized a variety of convergence judge methods for positive terms series, including comparison principle and its extension, integrated judge method and its extension, derivate judge method and judge methods of general series, some famous tests such as Cauchy Test, D’Alembert Test, Kummer Test and Gauss Test come from Comparison principle; given a brief introduction of their week and strong relationship of convergence, set examples for identifying the effectiveness of these judge methods.Key wordspositive terms series; judge methods; convergence1 前言历史上，人们曾把无穷个实数相加12n u u u +++看成无穷个数的和.恰如有限个数的和一样，这在直观上容易被人接受.在《庄子·天下篇》中提到“一尺之捶，日取半截，万世不竭”，把每天截下的那一部分的长度加起来：2311112222n ++++，从直观上看，它的和是1，但是下面“无限个实数相加”111111-+-+-的和是多少如果写成()(11)11(11)00-+-+-=++其结果是0.如果写成1(11)(11)(11)100------=---其结果是1.两个结果完全不同.因此提出这样的问题：“无限个数相加”是否存在“和”如果存在,“和”是多少十七八世纪的一些著名的数学家曾对此感到迷惑，并有许多争论，并给出了这个级数“和”的不同结果.例如莱布尼兹认为这个“和”是0到1之间的一个数.他论证说，这个级数前n 项和形成一个数列12341,0,1,0,S S S S ====，其中0和1出现的机会相同，因此取它的平均数01122+=为这个级数的和.这一说法得到了著名数学家伯努利(Bernouli)兄弟的首肯.有人做过如下论证：既然111111-+-+-是一个数，记为S ，由于11(1111)1111S S -=--+-+=-+-+=，即为1S S -=，得12S =.大数学家欧拉(Euler)也主张用等比公式：23111q q q q ++++=-，把1q =-代入得到111+112=--+，他用同样的讨论得到其他的一些结果.例如把2q =-代入得112483=-+-+，而这些结果现在看起来都是荒谬的.后来人们认识到“无穷多个数相加”，这是一个根本无法操作的过程，人们不知道怎样把无穷多个数相加.经过很长一段时间，数学家柯西(Cauchy)给出了无穷级数的严格定义，之后级数理论得到了充分地发展.无穷级数是表示函数、研究函数和数值计算的重要工具，我国古代数学家刘徵创立的“割圆术”对圆面积的近似计算已具有了初步的无穷级数的概念，无穷级数在自然科学与工程技术中具有广泛的应用.级数是否存在和，即为判断级数是否收敛的问题.级数的收敛性是级数首要的重要性质.因此对于一个给定的级数，首先应判断它是否收敛.若数项级数各项符号都相同称为同号级数.对于同号级数，只须研究各项是正数组成的级数---正项级数.定义在区间I 的函数项级数()1n n u x ∞=∑，当在I 内任意取定一点0x 时, 便得到一个数项级数.自然,对函数项级数的研究极大地依赖于对数项级数的研究，而正项级数是数项级数中最基础的级数，研究数项级数的性质如绝对收敛、条件收敛，需要用到正项级数敛散性判别法，在函数项级数如幂级数收敛半径求解，函数项级数一致收敛Weierstrass 判别法(M 判别法或优级数判别法)中也用到了正项级数敛散性. 1 正项级数的定义和收敛的充要条件正项级数的定义如果级数1n n u ∞=∑中各项均有0n u ≥,这种级数称为正项级数.正项级数收敛的充要条件如果级数1n n u ∞=∑中，部分和数列{}n S 有界，即存在某正数M ，对0,n ∀>有{}n S M <.2 比较判别法及其推广比较判别法【 1】设n u ∑和n v ∑是两个正项级数，如果存在某个正数N ，对一切n>N 都有n un v ≤，那么(1) 若级数n v ∑收敛，则级数n u ∑也收敛； (2) 若级数n u ∑发散，则级数n v ∑也发散.推论：比较判别法的极限形式：设n u ∑和n v ∑是两个正项级数.若limnn nu l v →∞=，则 （1）当0l <<+∞时，n u ∑和n v ∑同时收敛或同时发散； （2）当0l =时，若级数n v ∑收敛，则级数n u ∑也收敛； （3）当l =+∞，若级数n v ∑发散，则级数n u ∑也发散.定理[]1（达朗贝尔判别法或比值判别法）设为n u ∑正项级数，且存在某正整数0N 及常数(01)q q << （1） 若对一切0n N >，成立不等式1n nu q u +≤，则级数n u ∑收敛； （2）若对一切0n N >，成立不等式11n nu u +≥，则级数n u ∑发散.推论[]1（达朗贝尔判别法的极限形式） 设∑∞=1n n u 为正项级数，且1limn n nu q u +→∞=，则 (1)当1<q 时，级数∑∞=1n n u 收敛；(2)当1>q 或∞=q 时，级数∑∞=1n n u 发散.推论[4] 若为n u ∑正项级数，则（1）当1lim1n n n u u +→∞<时，级数n u ∑收敛；（2）当1lim1n n nu u +→∞≥时，级数n u ∑发散.例 讨论级数()()()()()()()1111110,0,0!11n n n n n αααβββαβγγγγ∞=++-++-+>>>++-∑的敛散性.解 令()()()()()()1111!11n n n u n n αααβββγγγ++-++-=++-，则()()()()111111lim lim lim 11n nn n n n n n n n n n n u e e n n e u n n e e n n γγαβαβγγαβαβ+--→∞→∞→∞+⎛⎫⎛⎫+⋅+ ⎪ ⎪⎡⎤++⎛⎫⋅⎝⎭⎝⎭====⎢⎥ ⎪++⋅⎛⎫⎛⎫⎝⎭⎣⎦+⋅+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭， 所以,当11γαβ+-->时，即0γαβ-->时，∑∞=1n n u 收敛，故原级数收敛；当11γαβ+--<时，即0γαβ--<时，∑∞=1n n u 发散，故原级数发散.例 讨论级数1!nn n n n e∞=∑的敛散性.解 令!nn n nu n e =，()()1111!!111nnnn n n n n n nn n e u n e H u n e n n ++⎡⎤⎢⎥⎡⎤+⎛⎫⎢⎥==⋅=⎢⎥ ⎪⎢⎥+⎢⎥⎛⎫⎝⎭⎣⎦+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦，则 ()()()20001ln 1111lim ln lim 1ln 1lim1ln 11ln 1lim lim 11lim 212n n n n x x x n n H n n n nx x x x x x x →∞→∞→∞→→→⎛⎫+ ⎪⎝⎭-⎡⎤⎛⎫=-+= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦+--+====+. 则12lim n n H e e →∞=<，由推论得级数1!nn n n n e∞=∑发散. 定理[]1（柯西判别法） 设∑∞=1n n u 为正项级数，且存在某正整数0N 及正常数l ,(1)若对一切0N n >，不等式1<≤l u nn 成立，则级数∑∞=1n n u 收敛;(2)若对一切0N n >，不等式1≥nn u 成立，则级数∑∞=1n n u 发散.推论[]1（柯西判别法的极限形式） 设∑∞=1n n u 为正项级数，且n l =.则(1)当1<l 时，级数∑∞=1n n u 收敛；(2)当1>l 时，级数∑∞=1n n u 发散.定理[]2 设∑∞=1n n u 为正项级数，若2211limlim n n n n n n u u u u ρ+→∞→∞+==，则当21<ρ时，∑∞=1n n u 收敛;当21>ρ时，∑∞=1n n u 发散.证明 当21<ρ时，取0>ε，使()121><=+s r sερ，则 212n s n u r u ρε<+=<，21112n s n u r u ρε++<+=<.取sn n b 1=，则21111lim lim 212sn s n n n b n b n +→∞→∞++⎛⎫== ⎪+⎝⎭，21lim lim 22sn s n n n b n b n →∞→∞⎛⎫== ⎪⎝⎭，由极限保号性得r b b n n >++112， 2nn b r b >，故112112++++>n n n n u u b b ，n n n n u u b b 22>，而∑∞=1n n b 收敛，由引理知∑∞=1n n u 收敛；当21>ρ时，由2211lim lim n n n n n n u uu u ρ+→∞→∞+==，对任意的0ε>当n 充分大时，有2n n u u ρερε-<<+与211n n u u ρερε++-<<+，取11-=n b n ，则2111limlim 22n n n n b n b n +→∞→∞+==，211lim lim 212n n n n b n b n →∞→∞-==-，对任意的0ε>当n 充分大时，有2111122n n b b εε++-<<+与21122n n b b εε-<<+，取1202ρε-<<，则当n 充分大时，有22n n n n b u b u <，212111n n n n b u b u ++++<，由引理知∑∞=1n n u 发散.例 判断正项级数21ln n nn∞=∑的敛散性. 解 ()()212ln 1lim lim 11ln n n n nn n a a n n +→∞→∞+==+，故由达朗贝尔判别法无法判断，而()()222ln 211lim lim 422ln nn n nn n a a n n →∞→∞==<，()()()()221211ln 2111lim lim 4221ln 1n n n n n n a a n n +→∞→∞+++==<++，由定理得21ln n nn∞=∑收敛. 推论[]3 设∑∞=1n n u 为正项级数，若()1lim0,1,21kn in nu i k u ρ-+→∞==-,当k 1<ρ时，∑∞=1n n u 收敛，当1k ρ>时，∑∞=1n n u 发散.推论[]3 设∑∞=1n n u 为正项级数，若1lim1n n n u u +→∞=且2lim n n nu u ρ→∞=，则当21<ρ时，∑∞=1n n u 收敛；当21>ρ时，∑∞=1n n u 发散.推论[]3 设∑∞=1n n u 为正项级数，且1limn n nu u ρ+→∞=，若1<ρ,则2211limlim 0n n n n n n u u u u +→∞→∞+==；若1>ρ，则2211lim lim n n n n n n u uu u +→∞→∞+==+∞. 3 积分判别法引理[]1 正项级数∑∞=1n n u 收敛的充要条件是：部分和数列{}n S 有界，即存在某正整数M ，对一切正整数n 有M S n <.定理[]1 设f 为[)+∞,1上非负递减函数，那么正项级数∑)(n f 与反常积分dx x f ⎰+∞1)(同时收敛或同时发散.例 讨论级数()21ln pn n n ∞=∑的敛散性.解 由定理知级数与反常积分()2ln pdx x x +∞⎰具有相同的敛散性，而()()()22ln =ln ln pppInn d x dx du u x x x +∞+∞+∞=⎰⎰⎰， 当1p >时收敛，当1p ≤时发散.故当1p >时级数收敛，当1p ≤级数时发散.定理[]5 设函数()x f 是单调递减的正值函数，如果存在充分大的N ，当N x >时，有()()x f e f e x x ρ<，则当01ρ<<时，级数∑)(n f 收敛；若()()x f e f e x x ≥，级数∑)(n f 发散.证明 当N x >时，有()()x f e f e x x ≥，对任意正数1n x x x -<，有()()dx x f dx e f e nn nn x x x x xx⎰⎰--<11ρ，变量替换后得()()dx x f dx x f nn nx n x x x e e ⎰⎰--≥11ρ.取如下序列{}n x ， ,,,,,112321-====n x n x e x e x e x x ，故上述积分变为()()()111,2,3,n nnn x x xx f x dx f x dxn ρ+-≥=⎰⎰故有()()() ,3,2,111=≥⎰⎰+n dx x f dx x f e x x n nρ故有()()()()∞→∞→≥=⎰∑⎰⎰=+n dx x f n dx x f dx x f enk x x x k kn当1111ρ所以dx x f ⎰+∞1)(发散，由引理知∑)(n f 发散.若()()x f e f e x x ρ<，则()()()()1111221nkk ennx x ex k k f x dx f x dx f x dx f x dx ρ-===<<<+∞-⎰∑∑⎰⎰⎰,由比较判别法，dx x f ⎰+∞1)(收敛，由定理知∑)(n f 收敛.推论[]5 设函数()x f 是单调递减的正值函数，又设()()limx x x e f e f x λ→+∞=，则当1<λ时，级数∑)(n f 收敛；当 1>λ时，级数∑)(n f 发散.例 讨论级数()()11ln ln ln pqn n n n ∞=∑的敛散性.解 令()()()1ln ln ln pqf x x x x =，且()()()()1limlim ln ln ln x x p qqp x x e f e x x x f x --→+∞→+∞=，当10p ->，即1p <，或当1p =，0p q -<时，()()lim01x x x e f e f x →+∞=<，则级数()()11ln ln ln pqn n n n ∞=∑收敛；当1p q ==时，()()lim1x x x e f e f x →+∞=+∞>，则级数发散.4导数判别法定理[]6（导数极限判别法） 设∑)1(nf 为正项级数，)(x f 是一连续实函数，若级数∑)1(nf 收敛，则()00f =.定理[]6设∑)1(nf 为正项级数，)(x f 是一连续实函数且在0x =处二阶可导，则级数∑)1(nf 收敛的充分必要条件是0)0()0(='=f f .证明 必要性.由定理 得0)0(=f . 设(0)(0,)f a a '=≠∞，a xx f x f x f f x x ==-='→→)(lim )0()(lim)0(00，由归结原理得an n f n =⎪⎭⎫ ⎝⎛→11lim 0，取a <<ε0，当n N >时，ε<-⎪⎭⎫ ⎝⎛a nn f 11，即1a f n n ε-⎛⎫> ⎪⎝⎭，而11n n∞=∑发散，由比较判别法，得∑)1(nf 发散;当+∞=')0(f ，+∞==-='→→xx f x f x f f x x )(lim )0()(lim)0(00，由归结原理得+∞=⎪⎭⎫⎝⎛→n nf n 11lim 0.对任意正整数M ，存在正整数N ，当n N >时，Mnn f >⎪⎭⎫ ⎝⎛11，即n M n f >⎪⎭⎫ ⎝⎛1，由比较判别法，得∑)1(n f 发散，与条件矛盾，故0)0(='f .充分性 对于任意的01α<<有()()()()()111+00000()()1lim lim lim 0lim 0111+x x x x f x f f x f x x f x x x x ααααααα--→→→→''-'''====++， 于是由归结原理011lim01x f n n α→+⎛⎫⎪⎝⎭=，而()1110n nαα∞+=>∑收敛，故∑)1(n f 收敛. 例 判断级数11sin n n∞=∑的敛散性.解 级数11sin n n∞=∑为正项级数，()sin f x x =为连续二阶可导函数，且(0)10f '=≠,由定理知11sinn n∞=∑发散. 例 判断级数111cos n n ∞=⎛⎫- ⎪⎝⎭∑的敛散性.解 级数111cos n n ∞=⎛⎫- ⎪⎝⎭∑为正项级数，()1cos f x x =-为连续二阶可导函数，且0)0()0(='=f f ，由定理知111cos n n ∞=⎛⎫- ⎪⎝⎭∑收敛.5 两种一般项级数收敛性的方法 阿贝尔判别法定理[]1(阿贝尔判别法) 若{}n a 为单调有界数列，且n b ∑收敛，则n n a b ∑收敛.例 讨论级数()311ln 1ln n nn ∞=⎛⎫+ ⎪⎝⎭∑的敛散性.解 1ln 1n ⎧⎫⎛⎫+⎨⎬ ⎪⎝⎭⎩⎭为单调递减有界数列，且()311ln n n ∞=∑收敛，由阿贝尔判别法知级数()311ln 1ln n nn ∞=⎛⎫+ ⎪⎝⎭∑收敛.例 讨论级数211nnn⎛⎫+ ⎪⎝⎭∑的敛散性.解 数列11n n ⎧⎫⎪⎪⎛⎫+⎨⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎩⎭单调有界，且211n n ∞=∑收敛，由阿贝尔判别法知211nn n ⎛⎫+ ⎪⎝⎭∑收敛. 狄利克雷判别法定理[]1 (狄利克雷判别法) 若数列{}n a 为单调递减，且lim 0n n a →∞=，又级数n b ∑的部分和有界，则n n a b ∑收敛.例 讨论2sin12ln n n nπ∞=∑的敛散性.解21cos cos sinsin 1661212ln ln 2ln 2ln 2ln n n n n n n n n nππππ-≥==-. 因为1ln n当n →∞时单调下降趋于零，又 121sin sin 31212cos 62sin 2sin1212k n k πππππ∞=+-=≤∑， ，由狄利克雷判别法知级数1cos6ln n n n π∞=∑收敛.而级数21ln n n ∞=∑发散，故级数2sin12ln n n nπ∞=∑发散. 判断一般项级数收敛性的方法，也适用于正项级数.若正项级数可以看成两级数通项乘积的形式，则可利用上述两种方法判断之. 6 结束语级数理论是数学分析的重要组成部分，无穷级数是表示函数、研究函数和数值计算的重要工具，无穷级数在自然科学与工程技术中具有广泛的应用.而正项级数又是级数理论中重要的组成部分，级数的收敛性是级数重要性质.判断正项级数的一般顺序是先检验通项的极限是否为0，若不为0，则发散，若为0，则判断级数的部分和是否有界，有界则收敛，否则发散.若级数的一般项可以进行适当的放缩则使用比较判别法，或可以找到其等价式用等价判别法.当通项具有一定的特点时，则根据其特点选择适用的方法，如达朗贝尔判别法、柯西判别法或拉贝判别法等.同时，根据条件选择积分判别法或导数判别法等.由此，我们可以得到正项级数的判别法是多种多样的，每当一种判别法无法判断时，就出现一种新的判别法来进行判断，因此对正项级数的判别法的探讨无穷无尽.正项级数收敛性判断的方法虽然较多，但使用起来仍有一定的技巧，根据不同的题目特点选择适宜的方法进行判断，能够节约时间，提高效率，特别是一些典型问题，运用典型方法，才能事半功倍.本文归纳正项级数收敛性判断的一些典型方法，收集了一些典型例题.正项级数收敛判别法也可用于判定负项级数及变号级数的绝对收敛性的判断，也可以推广到函数项级数的敛散性判别中.参考文献[1] 华东师范大学数学系.数学分析(第三版)[M].北京：高等教育出版社，2006:6-16.[2] 李铁烽.正项级数判敛的一种新的比值判别法[J].北京：数学通报,1990, (1) :46 - 47.[3] 龙艳.关于正项级数收敛性判断的一个推广[J].长春师范学院学报, 2009,28(6):1-3.[4] 冯江浪.关于一些特殊正项级数敛散性的判别法[J].中国科技信息,2009,(1):25.[5]裴礼文.数学分析中的典型问题与方法[M].北京：高等教育出版社，2006:448-452.[6] 刘玉璞.导数在正项级数敛散性判定中的应用[J]. 高等数学研究，1994,(2)：13-14.致谢四年时光飞逝，大学即将毕业，在这里我要向数学系的老师同学们，尤其是我的指导老师王树泽老师表示诚挚的感谢！在写作过程中您对我进行了细心地指导，悉心地点拨，不仅使我接受了新的思想观念，激发了学习兴趣，而且提高了收集整理材料和自学能力，掌握了新的数学思想.另外，感谢校方提供了使我能够独立完成一个课题的机会，并在这个过程中给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践能力和动手能力，提高了独立思考的能力.路漫漫其修远兮，吾将上下而求索.我愿在未来的学习和研究过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学、和朋友.学无止境.明天，将是我终身学习另一天的开始！%。
高数：级数敛散判别法
则称无穷级数收敛;
S un 级数的和
若
lim
n
Sn
不存在,
则称无穷级数发散 。
n1
rn S Sn
uk
级数的余项。
lim
n
rn
0
无穷级数收敛。
kn1
若un≥0 (n=1, 2, 3, …) , un 正项级数。 Sn是单调增加数列。
n1
正项级数 un 收敛
n1
部分和序列 Sn有界 。
比较判别法
1 n 1
np n1n p dx
n n1
1 xp
dx
1
Sn
1
1 2p
1 3p
1
4p
1
np
1
2nddxx 1 xxpp
231dxxp1pn p11n
dx n1x1p
1 p 1
,
因而 Sn有上界。 由基本定理可知, 当p>1时p级数收敛。
9.2.2 比较判别法
定理2 (比较判别法) 设 un , vn 是两个正项级数, 且
设 un , vn 是两个正项级数, 且存在自然数N,
n1 n1
使当 n>N 时有 un≤kvn (k>0为常数) 成立, 则
(1) 若强级数 vn 收敛 , 则弱级数 un 也收敛 ;
n1
n1
(2) 若弱级数 un 发散 , 则强级数 vn 也发散 。
n1
n1
比较对象
①
p级数
1 np
,
p>1收敛，p<1发散。
证: 因为
1
nn 1
1 n (n 1)
发散 。
1 1 n 1, 2,
正项级数敛散性的判别法
2
⎠
正项级数的根值判别法有改进的形式， 如果 （3）lim
n n → +∞
a n ＜1， 则级数收敛； （4）lim n a n
n → +∞
＞1，则级数发散。 由此可以看到比值判别法与根值判别法有 一些相同的地方，而且它们之间有一定的联系。 因为，如果 lim
a n +1 按有限的或无穷的意义存 n → +∞ a n 在的，那么 lim n a n 也存在，如果比值判别法
∞
1 1 lim n a n = ， lim n a n = ， n → +∞ n → +∞ 2 3
则有 lim
n n → +∞
∑n
n =1
1
p
是比几何级数更精密 ”
a n = l 不存在， 根值判别法由于
∞ −n
(−1)n + 5 ⎞ 是发散的。 l 不存在而失效， 但是 ∑ ⎛ ⎜ ⎟
n =1
⎝
n→+∞
lim
a a an+1 1 = , lim n +1 = 27 , 则 有 lim n +1 = l 不 → +∞ n n → +∞ an an an 3
∑n
n =1
∞
1
3
是收敛的，此时 存在，但是
∑3
n =1
∞
n − ( −1) n
是发散级数。
a n +1 n3 = lim = 1 = l ，即比值判别 n → +∞ a n → +∞ (1 + n) 3 n lim
( −1)n −n n
学出版社,1984.
n → +∞
正项级数敛散性的判别(5)
n
1
n
又
1 是调和级数, 它是发散的,
n1 n
故
原级数
n1
1 n2 a2
发散.
21
5. 比值判别法
利用级数本身 来进行判别.
设 un 为正项级数,
n1
极限 lim un1
n un
存在,
则
(1) < 1时, 级数收敛；
(2) > 1 ( 包括 = ) 时, 级数发散；
(3) = 1 时, 不能由此断定级数的敛散性.
16
4.比较判别法的极限形式
设和为两个正项级数, 且 vn 0 (n 1, 2,;
或从某一项 N0 开始).
若
lim un n vn
,
则
(1) 0 时, un 与 vn 具有相同的敛散性.
n1
n1
(2) 0 时, vn 收敛 un 收敛.
n1
n1
(3) 时, vn 发散 un 发散.
n1
故级数 un 收敛 .
n1
9
证 (2)
n
n
记 Sn uk , Gn vk ,
k 1
k 1
0 un vn (n = 1, 2, …)
0 Sn Gn
若 un 发散, 则部分和Sn 无界, 从而 vn
n1
n1
的部分和Gn 也无界, 故级数 vn 发散 .
n1
10
例2
判断级数
29
a 1,
1 n
当a
1时,
lim n
n
an 1 a2n
lim
n
n
a
1
1 a
2n
1 a
级数敛散性判别方法综述
级数敛散性判别方法综述级数是数列的和，其中每个数列的项相加起来形成了一些特殊的数列。
级数的收敛和发散是一个重要的数学问题，它在物理、经济学和工程学等领域中都有着广泛的应用。
本文将重点讨论级数的收敛与发散的判断方法。
一、级数概念级数表示为：$$\sum_{n=1}^{\infty}a_n=a_1 + a_2 + a_3 + … + a_n + …$$其中，$a_n$是数列$\{a_n\}$的第$n$个项，级数中的每个加数$a_n$称为该级数的第$n$项。
二、级数收敛的定义级数$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$收敛是指：存在一个数$S$，使得对于任意$\epsilon>0$，都存在正整数$N$，当$n>N$时，满足：$$\left|\sum_{k=1}^{n}a_k-S\right|<\epsilon$$1、正项级数判别法当级数$\sum_{n=1}^{\infty}a_n$的各项均为正数时，若$\{a_n\}$是单调非递增的，即$a_{n+1}\leq a_n(n\in N^+)$，则该级数收敛；若$\{a_n\}$是单调非递减的，即$a_{n+1}\geq a_n(n\in N^+)$，则该级数发散。
2、比较判别法在使用比较判别法时，常常需要先把级数的各项写成一个通项公式，再与其他具有相同特征的级数进行比较，例如，当$n$趋于无穷大时，两个公式之比趋于一个常数。
若极限$\lim_{n\to\infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}=l$存在，则：(3) $l=1$，则无法判断级数的敛散性。
4、根值判别法5、积分判别法若函数$f(x)$满足：(1) $f(x)$在$[1,+\infty)$上单调递减。
(3) $\lim_{x\to \infty}f(x)=0$则级数$\sum_{n=1}^{\infty}f(x)$与定积分$\int_{1}^{\infty}f(x)dx$同敛散。
一个正项级数敛散性的判别法
一个正项级数敛散性的判别法
正项级数敛散性是指一个级数能够在某种给定的运算规则下被加起来，表示为一个有穷的值。
它允许积分，求和，数组操作以及定义特定类型的序列的可行性。
鉴于其运算的复杂性，正项级数敛散性广泛应用于计算数学，统计学，机器学习等领域。
正项级数敛散性的判别法是指识别任意可求正项级数敛散性序列是否为有穷数的过程。
换句话说，它检查序列中是否有一项或多项位于极限，以检测序列是否有穷。
正项级数的敛散性表示的是序列的最后一项的特性。
若序列的最后一项是有限的，则该序列敛散；若序列的最后一项是无限的，则该序列不敛散。
例如，以下是一个最基本的级数：a_n=1/n^2。
该序列的最后一项是无限的，因此该序列不敛散。
正项级数敛散性的判别法测试可分为三步：首先，检查有限比，它由西格玛紧缩度度量表示；其次，计算绝对正项级数的和；最后，依据给定的条件来定义是否有限。
与奇偶性判断法相比，正项级数敛散性判断法有更少的变量限制，可使用于更多情况下。
总之，正项级数敛散性的判别法是通过检查有限比、计算绝对正项级数的和，以及依据给定条件来判断序列是否有穷的过程，作为鉴别级数是否有穷的效率高、功能强大的数学工具，可广泛应用于计算数学、统计学和机器学习等领域。
关于正项级数收敛性的判别法
关于正项级数收敛性的判别法On convergence of series with positive terms摘要正项级数作为级数理论中最基本的一类级数，它的敛散性的判定是级数理论的核心问题。
正项级数的敛散性判别方法有很多，本文对正项级数敛散性的各种判别法的特点与联系作了简单、系统的归纳与剖析。
正项级数不仅有一般级数收敛性的判别法，也有许多常用的和一些新的收敛性的判定方法，如比较判别法、柯西判别法、达朗贝尔判别法、拉贝判别法和对数判别法等，但运用起来有一定的技巧，需要根据对不同级数通项的特点进行分析，选择适宜的方法进行判定，这样才能够最大限度的节约时间，提高效率，特别是对于一些典型问题，运用典型方法，更能事半功倍。
关键词：级数；正项级数；收敛；发散。
AbstractDetermining whether or not a series is convergent in the series theory is the core issue. There are many ways to determine if a positive series is convergent. This thesis makes full analysis for the convergence determination methods for positive series. There are many common and some new convergence determination methods, such as comparison criterion, Cauchy criterion, d'Alembert criterion, Log Criterion and Rabe Criterion and other methods. But using which of these methods needs certain skills, needs to analyze the general items of the series. A lot of time can be saved if an appropriate method is used. Key words: Series;positive series; convergence; divergence.目录摘要................................................................................................................................................................. I I ABSTRACT.. (III)目录 (IV)引言 (1)1 基础知识 (2)1.1无穷级数的定义 (2)1.2无穷级数的部分和 (2)1.3无穷级数收敛的定义 (2)2 正项级数敛散性的常用判别法 (3)2.1柯西收敛原理[1] (3)2.2基本定理 (3)2.3比较判别法 (3)2.4达朗贝尔判别法 (4)2.5柯西判别法 (4)2.6积分判别法 (5)2.7阿贝尔判别法 (5)2.8狄利克雷判别法 (5)3 正项级数敛散性的一些新的判别法 (6)3.1定理1（比较判别法的推广） (6)3.2定理2（等价判别法） (6)3.3定理3（拉贝判别法）[3] (7)3.4定理4（高斯判别法）[5] (8)3.5定理5（库默尔判别法）[3] (8)3.6定理6（对数判别法）[4] (9)3.7定理7（隔项比值判别法）[3] (10)3.8定理8（厄尔马可夫判别法）[4] (10)3.9定理9（推广厄尔马可夫判别法）[4] (10)4 正项级数敛散性判别法的比较 (12)5 应用举例 (16)6 总结与展望 (20)参考文献 (21)致谢 (22)引言在数学分析中,数项级数是全部级数理论的基础,主要包括正项级数和交错级数,而正项级数在各种数项级数中是最基本的,同时也是十分重要的一类级数。
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关于正项级数敛散性判定方法的总结比较
摘要：本文将对正项级数的敛散性问题进行研究，引入常用的比较判别法和比值判
别法，而后再给出相应的级数作为比较尺度后，得到了相应的达朗贝尔判别法和柯西根式
判别法，并给出了相应的极限形式和上下极限形式的版本。
在采用更加精细的级数作为比
较尺度后，引出了拉贝尔判别法，并对上述的几种方法进行了总结和分析。
关键词：正项级数敛散性达朗贝尔判别法柯西根式判别法拉贝尔判别法
引言
随着正负无穷的引入，人们对于数字的理解不再拘泥于传统意义上的有限数字。
此时，关于一列已知序列求和的敛散性问题便应运而生。
如何判断一列序列求和是有限的还是发
散的，成为数学分析中的一个重要问题，受到了很多的关注和研究，产生了诸如比较判别法、达朗贝尔判别法和柯西根式判别法等等。
本文将对目前常用的一些判定方法进行归纳，并对它们的适用性和局限性进行分析。
一、比较判别法、比值判别法及达朗贝尔判别法
我们在本节中将介绍三种常用的判别方法——比较判别法、比值判别法和达朗贝尔判
别法，在引入序列的上下极限以后，给出极限形式和上下极限形式下的达朗贝尔判别法，
从而使得达朗贝尔判别法得到很好的总结和完善。
而后改变比较级数的尺度，对达朗贝尔
判别法进行推广，引入拉贝尔判别法，使得比较变得更加的精细和准确[1]。
1.比较判别法和比值判别法
当我们遇到一个未知的序列以后，我们可以将它与已知的收敛或者发散的序列进行比较，进而来判断它的敛散性，从而诞生了比较判别法和比值判别法。
为了下文的行文的简
单性，我们用符号来表示[2]。
定理1（比较判别法）假设级数和均为正项级数，那么我们有：
（1）如果收敛且存在和，使得，，那么也收敛;
（2）如果发散且存在和，使得，，那么也发散。
为了方便使用，我们这里引入极限形式的比值判别法.
推论1设级数和均为正项级数
令则有：
（1）如果收斂，且，那么也收敛;
（2）如果发散，且，那么也发散。
同样的，对于严格的正项级数我们可以得到如下的比值判别法.
定理2（比值判别法）假设级数和都是严格的正项级数，那么我们有：
（1）如果收敛，且存在，使得，，
那么也收敛;（2）如果发散，且存在，
使得，，那么也发散。
2.达朗贝尔判别法
在得到了比值判别法以后，如何选取正项级数作为比较的标准，便成了一个重要的问题。
如果选用的级数过于宽松，那么可能无法很好地判定级数的敛散性，而如果选用的级
数过于精细，那么无疑会增加计算的难度和复杂性.在这里，我们首先采用等比级数作为
比较尺度引入达朗贝尔判别法，并给出相应的极限形式和上下极限形式的达朗贝尔判别法，而后对所用的判定级数进行精细，采用级数作为比较尺度得出拉贝尔判别法。
定理3（达朗贝尔判别法）设是严格的正项级数，那么我
们有：
（1）如果存在和，使得，，那么收敛;
（2）如果存在，使得，，那么发散。
下面我们给出相应的极限形式和上下极限形式的达朗贝尔判
别法[3]。
推论2（极限形式）假设是严格的正项级数，
且存在极限
那么我们有：
（1）如果，那么收敛;
（2）如果，那么发散。
推论3（上下极限形式）假设是严格的正项级数，那么如果，那么收敛;（2）如果，那么发散。
我们可以发现，当极限或者上下极限的值为1的时候，达朗贝尔判别法就会失去判别
能力。
这个时候，我们就应该换用一个更加精细的级数来作为比较尺度。
于是，在采用级
数作为比较尺度以后，我们可以得到更加精细的判定方法，也就是拉贝尔判别法。
定理4（拉贝尔判别法）假设是严格的正项级数，那么我
们有：
（1）如果存在和
使得，，那么收敛;
（2）如果存在
使得，，那么发散。
二、柯西根式判别法
我们在本节中将引入另外一种常用的判别方法——柯西判别方法，这个方法在判定正
项级数的敛散性方面有着重要的作用。
定理5（柯西根式判别方法）假设是正项级数，那么我们有：
（1）如果存在和，使得，，那么收敛;
（2）如果对于无穷多个，有，那么发散。
在实际的应用中，我们会发现极限形式的柯西根式判别法会更实用一些，于是我们引
入极限形式的柯西根式判别法。
推论4（极限形式）
假设是正项级数，且存在极限，那么我们有：（1）如果，那么收敛;（2）如果，那
么级数
发散。
在引入上极限以后，我们可以得到相应的上极限形式的柯西根式判别法。
推论5（上极限形式）假设是正项级数，并有，那么我们有
（1）如果，那么收敛;（2）如果，那么发散。
三、总结与展望
本文从数学分析中的一个重要问题——正项级数的敛散性问题出发，首先引入了常用
的两种判别方法——比较判别法和比值判别法，将想要判定的级数与已知敛散性的级数之
间建立起关系。
而后，在选取了相应的级数作为判定尺度后，引出了相应的达朗贝尔判别
法和柯西根式判别法，并分别给出了相应的极限形式和上下极限形式的版本。
为了解决达
朗贝尔判别方法中出现的当无法进行判定的问题，将判定的尺度作了进一步的细化，引出
了拉贝尔判别方法，使得判定级数敛散性问题得到了更好的解决。
但对于某些特殊的级数，
仍然会出现现有的几种方法无法解决的问题，需要采用更加精细的尺度，就具体问题进行
分析。
在以后的研究中，也将就用来作为判定尺度的级数进行更深层次的挖掘。
参考文献
[1]张筑生.数学分析新讲.第二册[M].1990.
[2]张筑生.数学分析新讲.第三册[M].1990.
[3]朱江红，高红亚.几种正项级数敛散性判别法的强弱性比较[J].沧州师范学院学报，2004，20（2）：37-39.
感谢您的阅读，祝您生活愉快。