当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第八章 级数 > 第一节 数项级数的概念与性质 > 8-5 正项级数的概念
前面我们已经介绍了
一般级数的收敛性概念
和级数收敛的柯西充要条件
接下来我们主要讨论这样的问题
就是对一个具体的数项级数
我们如何判断他的收敛性
为了讨论级数的收敛性
我们先看一类特殊的级数
这就是我们这一讲
开始讲的正项级数
我们先看一下
正项级数的概念
关于正项级数
他的定义是非常简单的
我们的正项级数
是这样定义的
也就是说如果an是大于0的
我们就称以an为通项的级数
是正项级数
正项级数的第一个性质
就是部分和数列是单调递增的
也就是
如果an大于0时
那么Sn等于ak从k到1到n求和
这个前n项和数列是单调递增的
当然这个性质
由正项级数的定义
我们就直接得到
所以说对正项级数来说
他的前n项和
是一个单调递增的数列
那么对正项级数来说
我们来讨论他的收敛性
也就是要讨论一个
单调递增数列的收敛性
根据数列极限的
单调有界收敛定理
我们知道
当数列单调时
那么他收敛的充分必要条件
应该就是说他是否有界
所以说我们第二个性质
也就是这样说的
对于正项级数来说
他收敛的充分必要条件是
他的前n项和数列
是有上界的
当然这里这个有界
主要就是看他有没有上界
因为Sn已经是一个单调递增数列
所以他的下界自然就是S1
那看他有没有上界
就能确定他是否有界
这个性质
当然直接利用
数列极限的单调有界收敛定理
我们就得到
这是关于正项级数的概念
和正项级数的两个性质
那么我们判断正项级数是否收敛
主要就是转化为
判断正项级数的前n项和
是否有上界
那我们来看两个简单例题
第一个例题
我们就假设an是大于0的
而且n从1到无穷
an这个级数是收敛的
我们试证
也就是要证明
这个级数n从1到无穷
a2n-1也收敛
实际上也就是对于一个正项级数来说
如果他收敛的时候
我把它的奇数项拿出来
构成一个新的级数
这当然还是个正项级数
这个正项级数也是收敛的
结论好像是显然的
但是我们怎么样才能说明白
或者说清楚
在这个收敛的前提下
他就是收敛的
那么我们就要想一想
所谓他收敛
指的是什么
因为这一个a2n-1
他也是大于0的
所以我们知道Sn也就等于
k从1到n对a2k-1求和
实际就是这个级数的
前n项和
他应该是一个单调递增的
单调递增的
这个时候
我们问他有没有极限
就是问他有没有上界
那又因为我们的条件
这个级数是收敛的
收敛的
收敛的
这时候
所以这个正项级数收敛
这个的部分和数列
应该是有上界的
也就是Sn一杠
我来表示
他的 就是前n项和数列
他就k从1到n ak
他应该是 有上界
有上界
那也就是存在一个
比如说M>0
使得这一个Sn一杠是小于等于M的
接下来我们来看一下
这个Sn也就是这个Sn
他应该是他的奇数项加起来
那我把原来级数的偶数项补上
因为偶数项都是大于0的
所以补上之后
他肯定是变大的
他应该小于
k从1一直到2n-1 然后ak
那么他应该严格小于
而这一个自然就是原来
级数的前2n-1项的和
所以说用上
他小于等于M
这样我们就证明了
这个新的级数
他的前n项和
应该是个有界数列
因为他是个正项级数
部分和本身就是单调递增的
他又是有界的
所以这个极限应该是存在的
这个极限存在
也就是这个级数收敛
所以说在这个题目里面
我们要说的
就是说对一个正项级数来说
证明他收敛
主要想办法
说清楚他的部分和数列
有上界就行了
接下来我们看第二个例题
第二个例题
我们来讨论一下
n从1到无穷
n的p次方分之一
p是大于0的
讨论这个级数的收敛性
这个级数
我们当然知道
他是正项级数
这也是我们在级数理论里面
所谓的p级数
指的就是这个级数
现在我们来讨论他的收敛性
我们来看一下
如果这个p是大于0小于1的
或者是小于等于1
那我们知道
这个n的p次方分之一
他一定是大于等于n分之一的
那前面我们讨论过
这个调和级数
也就是用n从1到无穷
1/n这个级数
他是发散的
他是发散的
而这是个正项级数
他发散意味着
他的前n项和这个数列
是没有上界的
然后接下来
从而我就有
有什么呢
就是k从1到n
k的p次方之一
大于等于k从1到n 1/k
我就知道这个数列k从1到n
1/k^p是没有上界
因为他是个正项级数
他的前n项和没有上界
也就得到了
这个级数这时候他是发散的
所以说在p小于等于1时
我们就利用调和级数
他的敛散性结论
以及正项级数收敛的充分必要条件
证明了他是发散的
接下来我们看一下
如果p是大于1的
大于1的
这时候
我们可以证明
这个p级数他是收敛的
当然证明p级数收敛的
方法有许多
在这个地方
我们就用
积分的一个比较定理
来说明在p大于1时
这个正项级数的前n项和数列
是有上界的
我们可以这样来看
p大于1时
我们考虑一下
n的p次方分之一
这一个当然可以写成
是n-1到n
对n的p次方分之一做积分
常数的积分
当然就等于
这个常数乘上区间长度
现在
如果我们的x
是在n-1到n之间取值
我们知道这个时候
n的p次方分之一
应该是小于等于
这个x的p次方分之一
就小于等于这个
那么大家看一下
这个不等式
当然我们用的是
n大于等于2
这样我们给他加起来
也就是k从2到n
然后k的p次方分之一
我就把这面给他加起来
根据定积分的区间可加性
我们就知道
他小于等于
这个地方
就是1到n
然后x的p次方分之一dx
因为这个p是大于1的
大家知道
这个积分
就是我们在一元函数积分学里面
讲无穷积分的时候
碰到的一个例子
在p大于1时
这个无穷积分他是收敛的
他收敛也就是说
他一定是小于等于
1到正无穷
这一个无穷积分值
这是一个常数
也就是说
我不考虑k=1的时候
那么这些加起来
他总是有界的
当然k=1对应的就是1
所以他再加上1
自然也是有界的
这样我就证明了
在p大于1时
这个p级数的前n项和数列
是一个有上界的数列
那当然他又是单增的
所以他是收敛的
那也就是
证明了在p大于1时
这个p级数他是收敛的
这样的结论
这是关于正项级数
他的概念和性质
以及我们强调的
讨论正项级数的敛散性
就是讨论正项级数
前n项和这个数列的有界性
-序言
--序言
-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
--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
-第一节 数列极限的概念与性质
--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
--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
-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
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-第五节 函数极限的运算
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--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
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--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
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--一致连续的概念
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--导数的概念
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--微分概念
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-第二节 思考与练习
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--高阶导数
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--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
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--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
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--函数的单调性
--函数的极值
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--函数凸性的判别法
--拐点
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--html
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--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--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
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
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-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
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--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--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
--第八章 级数--第六节思考与练习