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正项级数的根式判敛法

下一节:正项级数的积分判别法

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正项级数的根式判敛法课程教案、知识点、字幕

前面我们介绍了

正向级数的比值判敛法

我们知道正项级数的比值判敛法

只与正项级数的通项本身有关

所以我们说

它是我们在微积分课程里面

处理正项级数收敛性时

最常用的判敛法

实际上与比值判敛法类似

我们还有一个判敛法

它也是只用到了

正项级数的通项本身

这也就是我们要介绍的

根式判敛法

根式判敛法的内容

我们写成一个定理

根式判敛法我们写成一个定理

内容是 若an>0

而且an开n次方之后它的极限等于c

那么我们得到的第一个结论就是

当c小于1时

以an为通项的级数是收敛的

如果c是大于1 或者是说

这个开方之后它是个正无穷大量

那么以an为通项的级数是发散的

而且我们知道这个时候

这个数列an是个正无穷大量

通过根式判敛法的内容

我们可以看出

实际上根式判敛法与比值判敛法

有许多相似之处

比如说 我们也是考虑

与它的通项有关的一个极限

这时候我们看的是它的第n项的值

开n次方的极限

结论与比值判敛法一样

如果这个极限值小于1

那么这个正项级数就是收敛的

如果这个极限值大于1

或者是说尽管它极限不存在

但它是正无穷大量时

这个级数是发散的

而且我们也得到了这个条件下

它的通项是正无穷大量这个结论

那我们先看一下它的证明

第一个结论的证明 实际上

跟比值判敛法的证明也是类似的

也就我们的条件是

n趋向无穷时 n次根号下an

它极限等于c c是小于1的

那么根据极限的定义

我们就知道 一定能存在一个N大于0

当n大于N时 我们就有

n次根号下an它应该是小于2分之1+c

这个是小于1的一个数

那我们两边给它做n次方

也就是an它就小于2分之1+c

括起来的n次方 我们知道

以2分之1+c的n次方做通项的几何级数

在这个条件下它是收敛的

所以说 根据比较判敛法的一般形式

我们就知道

这个时候以an做通项的级数是收敛的

这就是我们要证的结论

这是第一个

第二个结论 因为这个时候

n次根号下an在n趋向于无穷时

它的极限是大于1的

同样利用极限的定义 我们知道

存在一个正整数N

就是使得当n大于N时

我们有n次根下an它是大于2分之1+c

这个时候2分之1+c是大于1的

我们仍然两边做n次方

也就是得到an是大于

2分之1+c括起来的n次方

因为在2分之1+c大于1 的前提下

n趋向于无穷时

这当然是个正无穷大量

所以说 我们就知道这个级数的通项

在这个条件下 是个正无穷大量

当然 这个级数它不可能是收敛的

因为它不满足收敛的必要条件

也就是说它是发散的

这是根式判敛法的证明过程

与比值判敛法的证明方法是一样的

根式判敛法与比值判敛法一样

在微积分课程里面

有时候还有另外一个名字

也叫柯西根式判敛法

当然这个判敛法本身

并不是柯西给出来的

只是后人为了纪念柯西

把这个判敛法叫柯西判敛法

所以对正项级数来说

我们说根式判敛法

或者是说柯西判敛法

或者柯西根式判敛法

主要指的就是这个判敛法

接下来 我们就用根式判敛法

来看两个例子

第一个例子 我们来看一下

n等于1到无穷 a的n次方分之一

乘上 1+n分之1的n的平方次方

在这个地方 a是大于0的

我们来看 这个级数的敛散性

这当然是个正项级数

对这个级数来说

因为它的通项里面

牵扯到某些量的n次方

当这个通项 有这个特点时

我们自然会想到根式判敛法

因为根式判敛法 可以给它开n次方

这样就把通项里面的

n次方运算直接消掉

所以我们就看一下 因为

就是说这一个给它开n次方之后

让n趋向于无穷取极限

也就是n次根下a的n次方分之1

乘上 1+n 分之1 的n的平方次方

这个也就等于 n趋向无穷时

这是一个a分之1

这面是一个 1+n分之1的 n次方

这个极限 也就等于a分之e

有了这个结果之后

那么 我们就这样说了

如果这个a分之e 它是小于1

它当然是大于0的

也就是我们的a是大于e时

原来这个级数 它应该就是收敛的

如果我们这个e除上a它是大于1

也就是a是小于e的

原来这个级数 自然是发散的

但 现在在这个例子里面

我们这个a有一个取值情况

是我们不愿意看到的

但是 这个情况是有的

也就是说 当a等于e时

这个开方之后极限是1 这个时候

在我们的根式判敛法里面

并没有牵扯到极限是1的结论

实际上与比值判敛法一样

根式判敛法

是处理不了极限是1的情况的

因为大家仔细算一下

对p级数来说

无论p大于1还是小于1

我们给它做开n次方运算后取极限

极限总是1的

也就是说极限是1时

可能收敛 也可能不收敛

这个时候我们该怎么处理

我们回过头来看这个级数的通项

这个通项比如记成bn

它应该就等于e的n次方分之一

乘上 1加上n分之1的n的平方次方

那我为了好处理这个极限

我把这一部分 对它进行变形

也就是我取一个对数 再做个指数

也就等于e的n次方分之1

乘上e的n的平方次方

这边乘上ln(1+1/n)

那这个表达式

我们再利用乘方运算

也就是写成了e的n提出来

这里面应该是一个

nln(1+1/n)再减掉1

应该是这个样子

现在我们看一下在n趋向于无穷时

这个极限是什么

那为了看得清楚点

我们对这个做麦克劳林展开

也就是n乘上括号里面

第一项是1/n

第二项是一个负的1/2乘上n方分之一

也就是2 n的平方分之1

后面我们就给它扔掉

是o(n方分之1) 再减1

那大家看一下 这个我们把n乘进来

这个就是一个1

这个1跟后面这个减1消掉

这个n乘进来 是一个负的2n分之1

外面再乘一个n

所以最后这个

应该等于一个e的负的2分之1

再加上一个无穷小量

这样子的时候 我们就知道

这个极限应该就是等于

根号下e分之1

它实际上是不等于0的

也就是说在a等于e时

我们原来级数的通项

在n趋向于无穷时

它极限是不等于0的

这也就是说

它不满足收敛的必要条件

所以说 在这个时候

原来的级数是发散的

我想 这对这个级数我们讨论

当开方的极限趋向1时

它的敛散性

我们发现它的通项并不是无穷小量

下面我们看一下另外一道例题

也就是说我们考虑这个级数

n从1到无穷

根号下an+3除上bn+1

括起来 我们给它做n次方

那么对这个级数来说

首先 我们做假设就是

a(我们)是大于0 b是大于0的

在这个条件下

我们来讨论它的敛散性

这当然是个正项级数

而且它的通项里面

正好有一个n次方 所以说

我们来讨论这个级数敛散性的时候

我们直接考虑就是它的通项开n次方

对这个级数来说

也就是考虑这个极限

也就根号下an加上3再除上bn加上1

我们上下同除n之后

利用极限的四则运算

我们就知道这个极限值

是根号下a除上根号下b

当然有了这个极限值之后

我们的结论 在根号下a小于根号下b

实际上就是a小于b的时候

这个级数是收敛的

如果我们的a是大于b的时候

这个级数是发散的

但在这个例题里面

与上面那道例题一样

我们又碰到了如果a和b相等的时候

那么 它的通项开n次方的极限就是1

这个时候 它的敛散性 我们怎么讨论

那我们看一下 当a等于b时

这个时候我们的通项就变成了

an+3除上an+1开2分之n次方

因为这个时候 它的a b是相等的

那我们给它做个变形

它就变成1加上an+1分之2

这个地方我们给它凑上一个2分之an+1

为了保持恒等

我们这个地方给它做一个an+1分之2

原来还有一个2分之n次方

我们知道这个中括号

是我们的一个重要极限

所以说它是趋向于e的

在n趋向于无穷时

我们这个指数部分是趋向于a分之1的

所以说这就是它的通项的极限

这个极限当然也是不等于0的

这说明在a和b相等的条件下

我们就可以证明原来这个级数的通项

它并不是无穷小量

所以说在a等于b时

原来的级数是发散的

我想这是关于我们利用根式判敛法

来处理具体级数敛散性的一般过程

实际上无论是前面

我们讨论的比值判敛法

还是根式判敛法

我们知道 这两种判敛法

尽管使用起来方便

但是 从它们的证明过程

我们能够看出 能用

根式和比值判敛法这样的正项级数

它都是与几何级数作比较

也就是说如果它的通项

比一个收敛的几何级数的通项来得小

它自然是收敛的 如果它

比一个发散的几何级数的通项来得还大

它通项自然是正无穷大量

但是我们一再说

比值判敛法与根式判敛法

对p级数是无能为力的

那就是说 如果一个级数它的敛散性

不能与几何级数做比较

而只能与p级数做比较时

我们怎么处理 这是一个问题

另外 比值判敛法 根式判敛法

是以它的结论 用法都非常相似

那就对一般的问题来说

我到底选用比值还是根式

当然从通向的表达式

我们可以做初步的选择

比如说表达式如果是

多个因子相乘相除的东西

可能首先选比值

如果表达式有乘方运算

这时候我们可能做根式

但是 关于比值和根式

我们还有一个结论 也就是说我们有

如果an+1比上an极限等于c的时候

在数列极限部分

我们曾经得到这个结论

也就是比值极限是c

我们一定能得到

它根式的极限是c

现在把这个结论

转化到比值和根式判敛法上

我们能得到什么结果

从理论上讲

能用比值判敛法判敛的正项级数

一定可以用根式判敛法判敛

反过来 不见得

请大家想一下能不能找到一个例子

它能用根式判敛法判敛

但是不能用比值判敛法判敛

微积分——极限理论与一元函数课程列表:

序言

-序言

--序言

第一章 实数与函数

-第一节 实数集的界与确界

--实数集的界

--实数集的确界

-第一节思考与练习

--思考题

--练习题

-第二节 函数的概念

--函数定义与函数图形

--分段函数与隐函数

-第二节思考与练习

--思考题

--练习题

-第三节 函数的运算

--函数的四则运算与复合运算

--函数的反函数

-第三节思考与练习

--思考题

--练习题

-第四节 函数的初等性质

--函数的有界性,奇偶性

--函数的周期性,单调性

--函数的凸性

-第四节思考与练习

--思考题

--练习题

-第五节 初等函数

--初等函数

-第五节思考与练习

--思考题

--练习题

-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线

--极坐标系与点的极坐标,极坐标方程表示的几种曲线

--参数方程表示的几种曲线

第二章 极限论

-第一节 数列极限的概念与性质

--数列的概念,数列极限的概念(1)

--数列极限的概念(2)

--数列极限的性质及四则运算法则

--无穷大量

-第一节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第一节思考与练习

-第二节 数列极限存在的充分条件

--数列极限存在的充分条件

--单调有界收敛定理

-第二节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第二节思考与练习

-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--区间套定理与Bolzano定理

--Cauchy收敛准则

-第三节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第三节思考与练习

-第四节 函数极限的概念与性质

--函数极限的概念

--函数极限的性质

-第四节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第四节思考与练习

-第五节 函数极限的运算

--函数极限的四则运算与复合函数的极限

--夹逼定理与重要极限

-第五节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第五节思考与练习

-第六节 无穷小量及其(阶的)比较

--无穷小量与无穷大量的概念与性质

--无穷小量的比较

-第六节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第六节思考与练习

第三章 连续函数

-第一节 连续函数的概念与性质

--函数在一点连续的概念

--间断点的分类

--连续函数的性质

--连续函数的运算与初等函数的连续性

-第一节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第一节 思考与练习

-第二节 闭区间上连续函数的性质

--闭区间上连续函数的性质

-第二节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第二节 思考与练习

-第三节 函数的一致连续性

--一致连续的概念

--一致连续的必要条件

--闭区间上连续与一致连续的等价性

-第三节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第三节 思考与练习

第四章 导数与微分

-第一节 导数与微分的概念

--导数的概念

--单侧导数、可导与连续的关系

--导数的几何意义

--微分概念

-第一节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习

-第二节 导数与微分的运算

--导数的四则运算

--复合函数的求导法(链导法则)

--反函数求导法

-第二节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习

-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数

--几种特殊函数的求导法

--参数方程求导法与对数求导法

--高阶导数

-第三节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习

第五章 导数应用

-第一节 微分中值定理

--Fermat定理

--Rolle定理

--Lagrange中值定理

--Cauchy中值定理

-第一节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第一节 思考与练习

-第二节 L'Hospital 法则

--0/0型不定式

--∞/∞型不定式

--其他形式的不定式

-第二节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第二节 思考与练习

-第三节 函数的单调性与极值

--函数的单调性

--函数的极值

--函数最值的求法

-第三节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第三节 思考与练习

-第四节 函数的凸性与拐点

--函数凸性的判别法

--拐点

--曲线的渐近性

-第四节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第四节 思考与练习

-第五节 Taylor 公式

--带有Peano型余项的Taylor 公式

--带有Lagrange型余项的Taylor公式

--Maclaurin公式

--Taylor公式的应用(一)

--Taylor公式的应用(二)

-第五节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第五节 思考与练习

第六章 原函数与不定积分

-第一节 概念与性质

--原函数的概念

--原函数存在的充分条件

--6-1视频纠正

--原函数存在的必要条件

--不同原函数之间的关系

--不定积分的概念与性质

--简单函数求不定积分

-第一节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习

-第二节 换元积分法

--第一换元法

--第二换元法

-第二节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习

-第三节 分部积分法

--分步积分法

-第四节 有理函数的积分

--四个特殊函数的不定积分

--有理分式函数的化简

--html

--有理分式函数的不定积分

--三角有理函数化成分式有理函数

--三角有理函数的不定积分

--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习

-第五节 简单无理式的积分

--无理函数的有理化

--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习

第七章 定积分

-第一节 积分概念与积分存在条件

--定积分的概念

-- 函数的可积性

--第七章 定积分--第一节思考与练习

-第二节 定积分的性质

--定积分的性质

--定积分性质的应用

-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式

--变上限积分

--复合变限积分

--变限积分所定义的函数

--Newton-Leibniz公式

--定积分的计算

--第七章 定积分--第三节思考与练习

-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法

--定积分的计算-换元法

--定积分的计算-分部积分法

--分段函数定积分的计算

--第七章 定积分--第四节思考与练习

-第五节 定积分的几何应用

--平面区域的面积

--曲线的弧长

--平面曲线的曲率

--旋转体体积与表面积

--第七章 定积分--第五节思考与练习

-第六节 定积分的物理应用

--物理应用简介

-第七节 反常积分

--反常积分

--非负函数无穷积分的收敛性

--一般函数无穷积分的收敛性

--其他无穷积分

--无界函数的反常积分---瑕积分

--无界函数、无界区间上的反常积分

--第七章 定积分--第七节思考与练习

第八章 级数

-第一节 数项级数的概念与性质

--8-1 数项级数的概念

--8-2 级数收敛的概念

--8-3 级数收敛的性质

--8-4 级数收敛的Cauchy准则

--8-5 正项级数的概念

--8-6 正项级数的比较判别法

--8-7 正项级数的比阶判别法

--8-8 正项级数的比值判别法

--第八章 级数--第一节 思考与练习

-第二节 正项级数的收敛判别法

--正项级数的根式判敛法

--正项级数的积分判别法

--第八章 级数--第二节 思考与练习

-第三节 任意项级数

--交错项级数

--交错项级数判敛举例

--绝对值判敛法

--绝对收敛与条件级数收敛的性质

--绝对收敛级数的交换律

--条件收敛级数的Riemann定理

--第八章 级数--第三节 思考与练习

-第四节 函数级数

--函数项级数的概念、逐点收敛性

--函数项级数的一致收敛性-概念

--函数项级数的一致收敛性-判断

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(1)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(2)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(3)

--第八章 级数--第四节 思考与练习

-第五节 幂级数

--Abel判别法

--收敛半径与收敛域

--幂级数的分析性质

--无穷可导函数的幂级数展开

--幂级数求和

--第八章 级数--第五节思考与练习

-第六节 傅里叶级数

--三角函数的正交性

--奇函数与偶函数的形式Fourier展开和周期开拓

--其他函数的周期函数的形式Fourier展开

--Fourier级数的收敛性

--第八章 级数--第六节思考与练习

正项级数的根式判敛法笔记与讨论

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