四都教育
交错级数就是正项与负项交错出现的级数。它的判别法是,如果一般项的绝对值 |an| 单调下降且极限为 0,则级数收敛。
1,交错级数:
∑n=1∞(−1)n−1an=a1−a2+a3−a4+⋯, an≥0
2,定理(莱布尼茨判别法):
交错级数 ∑n=1∞(−1)n−1an, an≥0,
满足:limn→∞an=0an+1≤an}⇒∑n=1∞(−1)nan 收敛
证明:
s2=a1−a2≥o
s4=a1−a2+a3−a4≥0, s4≥s2(因: a3−a4≥0)
⋯
s2n≥s2(n−1)
⇒s2n 单调增加, s2n≥0
又因:s2n=a1−a2+a3−a4+⋯+a2n−1−a2n
=a1−(a2−a3)−(a4−a5)−⋯−(a2n−2−a2n−1)−(a2n)
≤a1
⇒s2n 有上界a1
⇒{s2n} 有极限 s(单调有界数列)
limn→∞s2n+1
=limn→∞(s2n+(−1)2na2n+1)
=limn→∞s2n+limn→∞a2n+1
=s
所以,s2n 和 s2n+1 都有同一极限s,得 sn 有极限 s
例1,证明 ∑n=1∞(−1)n−1n 收敛
证明:limn→∞1n=01n+1<1n}⇒∑n=1∞(−1)n−1n 收敛
例2,证明 ∑n=1∞(−1)n−1n 收敛
例3,判断级数 ∑(−1)n+1n21+n3 是否收敛
解答:
limn→∞an=limn→∞n21+n3=o
如何证明 an+1≤an? 令 f(x)=x21+x3
f′(x)=2x(1+x3)−3x2⋅x2(1+x3)2
=2x+2x4−3x4(x3+1)2
=2x−x4(x3+1)2
=x(2−x3)(x3+1)2
当x3<2f(x) 单调增加
当x3>2f(x) 单调减少
所以,只要 n≥2n2n3+1 单调递减
⇒(n+1)2(n+1)3+1≤n2n3+1
⇒an+1≤an(n≥2)
⇒ 级数收敛
3,判断 an+1≤an 的方法:
(1)直接计算(直接比较)
(2)an=f(n),用f′(x) 来判断
4,交错级数的误差:|s−sn|≤an+1
因 s=∑n=1∞(−1)n+1an,则 sn=∑k=1n(−1)k+1ak,所以:
|s−sn|
=|∑k=n+1∞(−1)k+1ak|
=an+1−an+2+an+3−⋯
=an+1−(an+2−an+3)−(⋯)+⋯
≤an+1