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7.3.1 比值判敛法和根式判敛法在线视频

7.3.1 比值判敛法和根式判敛法

下一节:7.4.1 一般项级数(1)

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7.3.1 比值判敛法和根式判敛法课程教案、知识点、字幕

同学们 大家好

欢迎来到大学先修课

微积分课程

今天我们介绍第七章无穷级数

第三节 比值判敛法和根式判敛法

前面我们已经学习了正项级数的

比较判敛法与积分判敛法

它们都是用比较的思想

判别级数的敛散性

其关键就是用熟悉的级数

或无穷积分作为桥梁

也就是说无论是比较判敛法

还是积分判敛法

都要借助于外界的力量

在具体应用时

都会遇到一些或多或少的困难

在这一讲中

我们将介绍

只用正项级数通项本身

得到的两种常用判敛法

这就是比值判敛法与根式判敛法

我们首先来介绍一下

正向级数的比值判敛法

定理9

我们假设以Un为通项的级数

是个正项级数

而且当n充分大时

我们都有Un+1比上Un

是小于等于q

q是个小于1的确定的值

在这个条件下

我们就能得到以un为通项的级数

是一个收敛级数

如果当n充分大时

我们都有Un+1

比上Un是大于等于1的

那么我们就知道

以Un为通项的级数

一定就是一个发散级数

这就是比值判敛法的一般形式

下面我们给出这个结论的证明

不失一般性

我们不妨假设对所有的n

我们都有Un加1比上Un

小于等于q

由于我们的Un是大于0的

所以我们就能得到Un

是小于等于q乘上Un减1

我们一直递推下去

也就得到了

Un是小于等于

q的n减1次方乘上U1

因为q是大于0小于1的

所以以q的n减1次方

乘上u1做通项的几何级数

是一个收敛级数

再由比较判敛法

我们就知道在给定条件下

以Un为通项的级数

也是一个收敛级数

这就是我们要证的

结论中的第一部分

下面我们来证明

结论中的第二部分

因为当n大于N时

我们知道Un加1比上Un

是大于等于1的

也就是说在n大于N时

我们知道所有的Un

都是大于等于uN的

uN是大于0的

这就说明在给定条件下

以Un为通项的级数

它的一般项并不趋向于0

不满足收敛的必要条件

所以这个级数是发散的

这样我们就证明了定理9的结论

下面我们利用已知判敛法

来处理几个具体的竖向级数的

判敛性问题

例1

我们判断以3的n次方

除上n的阶乘

所通向的级数的敛散性结论

我们知道在n大于3时

这个级数它的第n+1项

与它的第n项之比

也有是3比上n+1

那么在n大于3时

这个比值是小于4分之3

而4分之3是小于1的

所以根据比值判敛法

我们就知道这个级数是收敛的

例2

我们来判断下面

一个级数它的敛散性

这个级数的通项分子上

是1乘3乘5

一直乘到2n减1

分母上是5的n次方

再乘上n的阶乘

对这个级数来说

它的第n加1项

比上它的第n项

也就等于2加上n分之1

再除上5加上n分之5

我们知道这个结果

我们将他的分子放大到3

分母缩小到5

所以就得到了这个比值

永远是小于5分之3

而5分之3是小于1的

所以这个级数也是收敛的

关于正项级数的比值判敛法

也就是我们要求正项级数后一项

与前一项比值的最大值

或者是要求这个比值的上限

对一些简单的正项级数来说

这个方法是可行的

但是当正项级数的通项

比较复杂时

我们要求这个比值的最大值

或者求上限会变得比较复杂

有时候为了化解这个问题

我们会求这个比值的极限

下面我们就介绍一下

比值判敛法的极限形式

定理10

我们假设以Un为通项的级数

是正项级数

而且Un加1比上Un

它的极限等于r

那么 当r大于等于0 小于1时

我们就知道

这个正项级数是收敛的

当r大于1时

我们能够得到这个级数

是发散的

不仅如此

我们还可以得到在这个条件下

这个正项级数的通项

是一个正无穷大量

如果极限等于1

我们这个级数的敛散性

用这个比值判敛法

就没法确定它的敛散性结论

还需要进一步的

用其他的方法进行判定

这就是所谓的

比值判敛法的极限形式

也是我们在判断

正项级数敛散性时

最常用的一个判敛方法

下面我们给出定理10的证明

先证第一种情况

如果极限值r大于等于0 小于1

因为r是小于1的

所以我们能够找到

一个大于0的数ε

使得r加ε这个确定的值

也是小于1的

根据极限的定义

也就是说因为Un加1比上Un

在n趋向无穷时的极限等于r

那么对于我们上边找到的那个ε

我们知道一定存在一个正整数N

只要n大于N

那么Un加1比上Un

它就应该小于

极限值r加上这个ε

这样我们就得到了

只要n充分大

那么Un加1比上Un

它就小于一个小于1的确定的值

那么利用比值判敛法的一般形式

也就是定理9

我们就得到了在这个条件下

以Un为通项的级数是收敛的

下面我们给出第二种情形的证明

如果极限值r大于1

同样的

我们会找到一个大于0的数ε

使得r减ε是大于1的

我们利用极限的定义

在Un加1比上Un

它的极限等于r的前提下

我们就能找到一个N

只要n大于N

那么这个比值

它就一定大于它的极限值减掉ε

也就是说

这个时候只要n充分大

那么 Un加1比上Un

它就大于一个大于1的确定的值

那么利用比值判敛法的一般形式

也就是定理9

我们就知道在这个条件下

以Un为通项的级数

它是发散的

特别的在给定条件下

我们能够得到当n大于N时

Un就大于r减ε的n减N次方

再乘上uN

因为r减ε是

一个大于1的确定的值

所以我们就得到了

在n趋向无穷时

Un是个正无穷大量

关于第三种情形

我们可以通过两个具体的级数

来进行说明

我们知道以n分之1和

n的平方分之1

做通项的t级数

他们后一项与前一项的比值极限

都是等1的

但是 前面的级数

也就是调和级数是发散的

而后面这个级数

它是t等于2的t级数

它是收敛的

这说明只有比值的极限等于1

并不能说明相应的正项级数

是收敛还是发散的

下面我们利用

比值判敛法的极限形式

来判断几个具体级数的敛散性

第三 我们判断以n的平方

除上2的n次方做通项的级数

它的敛散性

在这个正项级数里

我们让它的后一项

与前一项做比值

也就等于n加1的平方

再除上2乘上n的平方

我们让n趋向无穷取极限

就得到了后一项

与前一项比值的极限是存在的

而且是等于2分之1

2分之1是小于1的

所以根据比值判别法

我们就知道这个级数

它是收敛的

例4

我们判断以n的阶乘

除上n的n次方做通项的级数

它的敛散性

对这个正项级数来说

我们求它的后一项

与前一项比值

在n趋向无穷时的极限

也就是求n除上

n加1括起来n次方

它的极限

我们对它进行变形

也就变成了要求

1除上括号里面1加n分之1

再括起来n次方 它的极限

在这个表达式中

分母上在n趋向无穷时

正好是我们学过的重要极限

所以说在这个级数中

后一项与前一项比值的极限

是等于e分之1

e分之1是小于1的

这样就说明了

我们这个级数是收敛的

下面我们介绍正项级数的

根式判敛法

定理11

我们假设以Un为通项的级数

是正项级数

而且当n充分大时

n次根下Un是小于等于q

q是个小于1的确定值

那么在这个条件下

我们就知道以Un为通项的级数

它一定是收敛的

如果当n充分大时

n次根下Un是大于等于1的

在这个条件下我们就知道

以Un为通项的级数

是一定发散的

这就是根式判敛法它的一般形式

也就是通过对正项级数

它的第n项开n次方

利用这个根式的大小来判断

这个正项级数它的收敛性结论

关于这个定理

下面我们给出它的证明

先证第一种情况

当n大于N时

因为n次根下Un是小于等于q的

所以我们就得到了

这个时候Un是

小于等于q的n次方

由于q是大于0小于1的

所以以q的n次方

做通项的几何级数

是收敛的

那么根据比较判敛法

我们就知道

在这个条件下

以Un做通项的级数

也是收敛的

这样就证明了第一种情形

下面我们来证明第二种情形

在n大于N时

因为n次根下Un

总是大于等于1的

也就是说这个时候

Un总是大于等于1的

这说明这个级数的一般项

是不会趋向于0的

它不满足收敛的必要条件

所以这个时候级数一定是发散的

这样我们就证明了定理11的结论

与已知判敛法的形式一样

我们在具体运用根式判敛法时

经常利用它的极限形式

定理12

我们设以Un为通项的级数

是个正项级数

如果n次根下Un

在n趋向无穷时的极限存在

极限值等于r

那么当r小于1时

这个级数是收敛的

当r大于1时

这个级数是发散的

而且这个级数的通项

Un是个正无穷大量

如果极限值等1

这时候这个级数的敛散性

由根式判敛法无法直接给出

还需要做进一步的判定

下面我们给出这个定理的证明

先证第一种情况

如果极限值r小于1

由于r小于1

所以我们可以选取

适当小的一个正数ε

使得r加ε也是小于1的

由于n次根下Un的极限等于r

根据极限的定义

所以存在正整数N

当小n大于N时

我们就有n次根下Un

是小于等于r加ε

由于r加ε是

大于0小于1的一个确定值

所以我们由定理11就会知道

这个时候级数是收敛的

下面我们证第二种情况

也就是极限值r大于1时

由于r大于1

我们同样可以选取

一个适当小的正数ε

使得r减ε也是大于1的

由于n次根下Un的极限等于r

我们根据极限的定义

同样找到一个正整数N

当n大于N时

我们就有n次根下Un

是大于等于r减ε它是大于1的

这样由定理11

我们就知道在给定条件下

以Un为通项的级数一定是发散的

而且这个时候

我们知道Un是

大于等于r减ε的n次方的

而且r减ε是

一个大于1的确定的值

这也就证明了在n趋向无穷时

Un是一个正无穷大量

关于第三种情形

我们同样用通项为n分之1

和n的平方分之1的两个正项级数

来做一个说明

所以这两个正项级数来说

n次根下Un它的极限

都是等于1的

但是我们知道前面这个级数

是发散的

后面这个级数是收敛的

所以当极限值等于1时

我们的根式判敛法

无法直接给出

这个正项级数的敛散性结论

下面我们来看几道具体的题目

例5

我们判断以n的平方

除上2的n次方作通项的

正项级数的敛散性

这个级数在前面的例3中

我们曾用已知判敛法

给出了它的敛散性结论

现在我们再用根式判敛法

来判断这个级数的敛散性

对于这个正项级数来说

n次根下Un

在n趋向无穷时的极限

也就等于n次根下n的平方除上2

在n趋向无穷时的极限

我们知道n次根下n

它的极限是等于1的

所以最后我们要求的极限值

是等2分之1的

2分之1是小于1的

所以这个级数是收敛的

例6

我们判断以1减n分之1括起来的

n的平方次方做通项的正项级数

它的敛散性

对这个正项级数来说

n次根下Un

也就等于1减n分之1的n次方

这个表达式

在n趋向无穷时的极限

我们利用重要极限的结论

就能得到它的极限值

是等于e分之1

e分之1是小于1的

所以这个级数是收敛的

第七个例题

我们判断下面这个级数的敛散性

这个级数的通项是根下an加上3

再除上bn加上1

括起来的n次方

其中ab是大于0的确定的数

对于这个正项级数来说

它的第n项开n次方

也就等于根下a乘上n加3

除上b乘以n再加上1

这个表达式在n趋向无穷时

它的极限是等于根下a除上根下b

这样在a小于b时

这个极限值是小于1的

所以我们的级数是收敛的

在a大于b时

它的极限值是大于1的

所以我们的级数是发散

下面我们来看一下当a等b时

怎么样判断这个级数的敛散性

如果a等于b

极限是等于1的

所以我们无法用根式判敛法

直接得到它的敛散性结论

这个时候我们来看它的第n项

第n项

我们让n趋向无穷

我们利用重要极限

会得到它的通项的极限

是e的a分之1次方是不等0的

这说明当a等b时

这个级数的通项

并不是无穷小量

它不满足收敛的必要条件

所以这个时候级数是发散的

在这一讲中

我们给出了正项级数的

比值判敛法和根式判敛法

两者均是通过几何级数

作为桥梁得到的

也就是说在给定条件下

我们是要将判敛的正项级数

与一个几何级数做比较

利用比较判敛法

得出了相关的敛散性结论

在具体应用时

一般是使用比值判敛法

和根式判敛法的极限形式

由于当后一项

比前一项比值的极限等于r时

其通项开n次方的极限也等于r

所以根式判敛法

它的适用范围更广

但由于开放运算更为复杂

所以比值判敛法

是我们判断正项级数敛散性的

最常用方法

下一讲将介绍交错级数的概念

与交错级数的莱布尼兹判敛法

谢谢同学们

下一讲 再见

微积分(先修课)课程列表:

第零章 绪论

-0.1 绪论

--0.1.1 绪论

第一章 极限

-1.1 极限概念引例

--1.1.1 极限问题举例

--第1.1节测试 极限概念引例

-1.2 极限的概念

--1.2.1 极限的概念(1)

--1.2.2 极限的概念(2)

--1.2.3 极限的概念(3)

--1.2.4 极限的概念(4)

--1.2.5 极限的概念(5)

--第1.2节测试 极限的概念

-1.3 极限的性质

--1.3.1 极限的性质(1)

--1.3.2 极限的性质(2)

--第1.3节测试 极限的性质

-1.4 极限的运算

--1.4.1 极限的运算

--第1.4节测试 极限的运算

-1.5 夹逼定理与单调有界收敛定理

--1.5.1 夹逼定理与单调有界收敛定理(1)

--1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)

--第1.5节测试(1) 夹逼定理与单调有界收敛定理

--第1.5节测试(2) 夹逼定理与单调有界收敛定理

-1.6 两个重要的极限

--1.6.1 两个重要的极限(1)

--1.6.2 两个重要的极限(2)

--第1.6节测试 两个重要的极限

-1.7 无穷小量

--1.7.1 无穷小量(1)

--1.7.2 无穷小量(2)

--第1.7节测试 无穷小量

第二章 连续函数

-2.1 连续函数的概念

--2.1.1 函数在一点连续的概念

--2.1.2 在一点的单侧连续性

--2.1.3 间断点的分类

--第2.1节测试 连续函数的概念

-2.2. 初等函数的连续性结论

--2.1.1 连续函数的运算性质

--第2.2节测试 初等函数的连续性结论

-2.3 连续函数的性质

--2.3.1 局部性质和零点存在定理

--2.3.2 闭区间上连续函数的性质

--第2.3节测试 连续函数的性质

第三章 导数与微分

-3.1 导数与导函数

--3.1.1 导数与导函数(1)

--3.1.2 导数与导函数(2)

--第3.1节测试 导数与导函数

-3.2 微分

--3.2.1 微分

--第3.2节测试 微分

-3.3 导数的运算

--3.3.1 导数的四则运算

--3.3.2 复合函数的链导法则

--3.3.3 反函数求导法

--第3.3节测试 导数的运算

-3.4 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

--3.4.1 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

--第3.4节测试 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法

-3.5 高阶导数

--3.5.1 高阶导数

--第3.5节测试 高阶导数

第四章 微分中值定理和导数的应用

-4.1 极值和极值点

--4.1.1 极值和极值点

--第4.1节测试 极值和极值点

-4.2 微分中值定理

--4.2.1 微分中值定理(1)

--4.2.2 微分中值定理(2)

--第4.2节测试 微分中值定理

-4.3 洛必达法则

--4.3.1 洛必达法则(1)

--4.3.2 洛必达法则(2)

--第4.3节测试(1) 洛必达法则

--第4.3节测试(2) 洛必达法则

-4.4 函数单调性的判定

--4.4.1 函数单调性的判定

--第4.4节测试 函数单调性的判断

-4.5 函数的极值及其求法

--4.5.1 函数的极值及其求法

--第4.5节测试 函数的极值及其求法

-4.6 函数的最值及其应用

--4.6.1 函数的最值及其应用

--第4.6节测试 函数的最值及其应用

-4.7 曲线的凸性和拐点

--4.7.1 函数的凸性和拐点(1)

--4.7.2 函数的凸性和拐点(2)

--第4.7节测试 函数的凸性和拐点

-4.8 曲线的渐近线

--4.8.1 曲线渐近线

--第4.8节测试 曲线的渐近线

-4.9 泰勒(Taylor)公式

--4.9.1 泰勒(Taylor)公式(1)

--4.9.2 泰勒(Taylor)公式(2)

--4.9.3 泰勒(Taylor)公式(3)

--第4.9节测试 泰勒公式

-4.10 原函数与微分方程初步

--4.10.1原函数与微分方程初步(1)

--4.10.2 原函数与微分方程初步(2)

--第4.10节测试 原函数与微分方程初步

第五章 定积分

-5.1 定积分问题举例

--5.1.1 定积分问题举例

-5.2 定积分的概念

--5.2.1 定积分的概念(1)

--5.2.2 定积分的概念(2)

--第5.2节测试 定积分的概念

-5.3 定积分的基本性质

--5.3.1 定积分的性质(1)

--5.3.2 定积分的性质(2)

--第5.3节测试 定积分的性质

-5.4 微积分基本定理

--5.4.1 微积分基本定理(1)

--5.4.2 微积分基本定理(2)

--第5.4节测试 微积分基本定理

-5.5 定积分的几何应用

--5.5.1 定积分的几何应用(1)

--5.5.2 定积分的几何应用(2)

--第5.5节测试 定积分的几何应用

-5.6 定积分的物理应用

--5.6.1 定积分的物理应用

第六章 积分法与反常积分

-6.1 换元积分法

--6.1.1 换元积分法(1)

--6.1.2 换元积分法(2)

--6.1.3 换元积分法(3)

--第6.1节测试 换元积分法

-6.2 分部积分法

--6.2.1 分部积分法(1)

--6.2.2 分部积分法(2)

--第6.2节测试 分部积分法

-6.3 有理函数的积分法

--6.3.1 有理函数的积分法(1)

--6.3.2 有理函数的积分法(2)

--第6.3节测试 有理函数的积分法

-6.4 定积分应用举例

--6.4.1 定积分应用举例

--第6.4节测试 定积分应用举例

-6.5 反常积分

--6.5.1 反常积分(1)

--6.5.2 反常积分(2)

--6.5.3 反常积分(3)

--6.5.4 反常积分(4)

--第6.5节测试 反常积分

第七章 无穷级数

-7.1 无穷级数

--7.1.1 无穷级数

--第7.1节测试 无穷级数

-7.2 正项级数

--7.2.1 正项级数

-7.3 比值判敛法和根式判敛法

--7.3.1 比值判敛法和根式判敛法

--第7.3节测试 比值判敛法和根式判敛法

-7.4 一般项级数

--7.4.1 一般项级数(1)

--7.4.2 一般项级数(2)

--第7.4节测试 一般项级数

-7.5 幂级数

--7.5.1 幂级数

-7.6 函数的幂级数

--7.6.1 函数的幂级数

--第7.6节测试 函数的幂级数

-7.7 泰勒级数

--7.7.1 泰勒级数

--第7.7节测试 泰勒级数

-7.8 幂级数的简单应用

--7.8.1 幂级数的简单应用

第八章 常微分方程

-8.1 一阶可求解常微分方程

--8.1.1 一阶可求解常微分方程

--第8.1节测试 一阶可求解常微分方程

-8.2 一阶线性微分方程

-- 8.2.1 一阶线性微分方程(1)

--8.2.2 一阶线性微分方程(2)

--第8.2节测试 一阶线性微分方程

-8.3 二阶线性常系数微分方程

--8.3.1 二阶线性常系数微分方程(1)

--8.3.2 二阶线性常系数微分方程(2)

--8.3.3 二阶线性常系数微分方程(3)

--第8.3节测试 二阶线性常系数微分方程

-8.4 常系数微分方程简单应用举例

--8.4.1 常系数微分方程简单应用举例(1)

--8.4.2 常系数微分方程简单应用举例(2)

期末考试

-期末考试

--期末考试说明

-期末考试--期末考试

7.3.1 比值判敛法和根式判敛法笔记与讨论

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