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級數(shù)收斂與發(fā)散怎么判斷

來源 :華課網(wǎng)校 2024-08-06 06:35:52

級數(shù)是數(shù)學中一個重要的概念,它是由一系列數(shù)相加而成的無窮和。在數(shù)學中,我們經(jīng)常要研究級數(shù)的收斂與發(fā)散問題,因為這關系到很多重要的應用問題。那么,如何判斷一個級數(shù)是收斂還是發(fā)散呢?

首先,我們需要介紹一下級數(shù)的基本概念。一個級數(shù)可以表示為:

$$

\sum_^a_n=a_1+a_2+a_3+...+a_n+...

$$

其中,$a_n$ 表示級數(shù)的第 n 項,$n$ 表示級數(shù)的項數(shù)。如果這個級數(shù)的和存在,我們稱之為收斂,否則稱之為發(fā)散。

接下來,我們將介紹幾種判斷級數(shù)收斂與發(fā)散的方法。

1. 比較判別法

比較判別法是判斷級數(shù)收斂與發(fā)散最常用的方法之一。它的原理是:如果一個級數(shù)的每一項都小于或等于另一個已知的級數(shù)的對應項,那么這個級數(shù)一定收斂;反之,如果一個級數(shù)的每一項都大于或等于另一個已知的級數(shù)的對應項,那么這個級數(shù)一定發(fā)散。

具體來說,比較判別法有以下兩種形式:

(1)比較法一:設 $\sum_^a_n$ 和 $\sum_^b_n$ 為兩個級數(shù),如果存在正整數(shù) $N$,使得對于 $n\geq N$ 有 $a_n\leq b_n$,那么:

- 如果 $\sum_^b_n$ 收斂,則 $\sum_^a_n$ 收斂;

- 如果 $\sum_^a_n$ 發(fā)散,則 $\sum_^b_n$ 發(fā)散。

(2)比較法二:設 $\sum_^a_n$ 和 $\sum_^b_n$ 為兩個級數(shù),如果存在正整數(shù) $N$,使得對于 $n\geq N$ 有 $\frac\leq c$,其中 $c$ 為常數(shù),那么:

- 如果 $\sum_^b_n$ 收斂,則 $\sum_^a_n$ 收斂;

- 如果 $\sum_^a_n$ 發(fā)散,則 $\sum_^b_n$ 發(fā)散。

2. 比值判別法

比值判別法是另一種常用的判斷級數(shù)收斂與發(fā)散的方法。它的原理是:如果一個級數(shù)的每一項與它后面一項的比值趨近于某個常數(shù) $r$,那么當 $r<1$ 時,級數(shù)收斂;當 $r>1$ 時,級數(shù)發(fā)散;當 $r=1$ 時,無法判斷。

具體來說,比值判別法的判斷條件為:

$$

\lim_\left|\frac}\right|=r

$$

當 $r<1$ 時,級數(shù)收斂;當 $r>1$ 時,級數(shù)發(fā)散;當 $r=1$ 時,無法判斷。

3. 根值判別法

根值判別法是判斷級數(shù)收斂與發(fā)散的另一種方法。它的原理是:如果一個級數(shù)的每一項的 $n$ 次根與某個常數(shù) $r$ 的比值趨近于 $1$,那么當 $r<1$ 時,級數(shù)收斂;當 $r>1$ 時,級數(shù)發(fā)散;當 $r=1$ 時,無法判斷。

具體來說,根值判別法的判斷條件為:

$$

\lim_\sqrt[n]=r

$$

當 $r<1$ 時,級數(shù)收斂;當 $r>1$ 時,級數(shù)發(fā)散;當 $r=1$ 時,無法判斷。

以上就是常用的幾種判斷級數(shù)收斂與發(fā)散的方法。需要注意的是,這些方法只是判斷級數(shù)收斂與發(fā)散的充分條件,不能保證判斷的正確性。因此,在具體的問題中,還需要根據(jù)實際情況綜合運用這些方法來判斷級數(shù)的收斂性。

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