正项级数
数学术语
正项级数,是一种数学用语。在级数理论中,正项级数是非常重要的一种,对一般级数的研究有时可以通过对正项级数的研究来获得结果,就像非负函数广义积分和一般广义积分的关系一样。所谓正项级数是这样一类级数:级数的每一项都是非负的。正项级数收敛性的判别方法主要包括:利用部分和数列判别法、比较原则、比式判别法、根式判别法、积分判别法以及拉贝判别法等。
定义
若数项级数各项的符号都相同,则称它为同号级数。对于同号级数,只需研究各项都是由正数组成的级数,称它为正项级数。如果级数的各项都是负数,则它乘以-1后就得到一个正项级数,它们具有相同的敛散性。
换句话说,若 ,则称级数 为正项级数。
收敛性判别
部分和数列判别法
正项级数的部分和数列 是单调增加的数列即: , 收敛的充要条件是有界,因此有:
正项级数 收敛的充要条件是:它的部分和数列 有界,即存在某正数 ,对于一切正整数 有 。
比较原则
设 和 是两个正项级数,如果存在某正数 ,使得对一切 都有 ,则有:
(1)若级数 收敛,则级数 也收敛
(2)若级数发散,则级数也发散
比式判别法(达朗贝尔判别法
设 为正项级数,且存在某正常数 及常数 。
(1)若对一切 ,成立不等式 ,则级数 收敛;
(2)若对一切 ,成立不等式 ,则级数 发散。
比式判别法的极限形式:
设 为正项级数,且 ,则有:
(1)当 时,级数 收敛;
(2)当 或 时,级数 发散。
注意:若 ,这时用比式判别法不能对级数的敛散性做出判别,因为它可能是收敛的,也可能是发散的,例如级数 和 ,他们的比式极限都是 ,但 是收敛的, 却是发散的。
根式判别法(柯西判别法)
设 为正项级数,且存在某正常数 及正常数 。
(1)若对一切 ,成立不等式 ,则级数 收敛;
(2)若对一切 ,成立不等式 ,则级数 发散;
柯西判别法的极限形式:
设 为正项级数,且 ,则:
(1)当 时,级数 收敛;
(2)当 ,级数 发散。
注意:若 ,这时用根式判别法不能对级数的敛散性做出判别,因为它可能是收敛的,也可能是发散的,例如级数 和 ,他们的比式极限都是 ,但 是收敛的, 却是发散的。
积分判别法是利用非负函数的单调性和积分性质,并以反常积分为比较对象来判断正项级数的敛散性。
设 为 上非负减函数,那么正项级数 与反常积分 同时收敛或同时发散。
典例
p级数
讨论 级数 的收敛性,其中常数 。
解:分两种情况讨论,
(1)当 , 级数的各项大于等于调和级数 的对应项,即 ,由于调和级数发散,因此根据比较判别法可知,此时 级数发散。
(2)当 时,记 级数的部分和为: .
当 时,取 ,则有 ,所以有:
从而
即有 。
这表明当时, 级数的部分和有界。因此,当时,级数收敛。
例2
讨论正项级数的敛散性。
解:
(1)当时,对一切都有,因此级数发散。
(2)当时,对一切都有,而为收敛的等比数列,因此级数收敛。
参考资料
最新修订时间:2024-03-08 18:56
目录
概述
定义
收敛性判别
参考资料