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8-5 正项级数的概念

下一节:8-6 正项级数的比较判别法

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8-5 正项级数的概念课程教案、知识点、字幕

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

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

8-5 正项级数的概念笔记与讨论

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