数项级数基本概念资料
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项级数的概念项级数是数学中的一个概念,指的是一个无穷序列的和。
在项级数中,每一项都是具有固定模式的数列中的某一项,而项级数的和就是这些数列中所有的项的总和。
项级数可以表示为:S = a1 + a2 + a3 + ... + an + ...其中,a1, a2, a3, ... 是一个数列的项,n 是一项的位置。
举个例子,如果项级数为:1 + 2 + 3 + 4 + ... ,那么a1 = 1,a2 = 2,a3 = 3,... ,n 表示数列中项的编号。
项级数可以分为两类:收敛项级数和发散项级数。
当项级数的和存在且有限时,我们称其为收敛项级数;当项级数的和不存在或为无穷大时,我们称其为发散项级数。
对于收敛项级数,我们常常使用极限的概念来表示。
如果项级数S具有有限的和S,则对于任意的正数ε,存在一个正整数N,使得当n>N时,Sn - S < ε。
其中,Sn 表示项级数的前n项和。
为了更好地理解项级数的概念,我们可以看一些经典的例子。
1. 等差数列:1, 2, 3, 4, ...这是一个常见的等差数列,每一项与前一项之差都相等。
项级数可以表示为:1 + 2 + 3 + 4 + ... ,它是一个发散项级数,和无穷大。
2. 等比数列:1, 1/2, 1/4, 1/8, ...这是一个等比数列,每一项都是前一项的1/2倍。
项级数可以表示为:1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... ,它是一个收敛项级数,和为2。
3. 调和级数:1, 1/2, 1/3, 1/4, ...这是一个调和级数,每一项是倒数数列。
项级数可以表示为:1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + ... ,它是一个发散项级数,和无穷大。
4. 幂级数:1, 1/2, 1/4, 1/8, ...这是一个幂级数,每一项都是前一项的1/2倍。
项级数可以表示为:1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... ,它是一个收敛项级数,和为2。
数学分析数项级数数项级数是由一组数相加而成的序列。
数项级数在数学中有着非常重要的地位,常用于研究数学分析、微积分和数论等领域。
首先,我们来定义数项级数。
数项级数是由一组实数a1, a2,a3, ... 组成的序列,将其相加得到的序列表示为:S1 = a1, S2 = a1 + a2, S3 = a1 + a2 + a3, ... 一般地,第n个部分和Sn为Sn = a1 +a2 + ... + an。
我们首先来讨论数项级数的部分和序列。
部分和序列是数项级数中非常重要的概念。
如果部分和序列Sn收敛于一个实数S,即lim(n→∞)Sn = S,那么我们称该数项级数是收敛的,并称S为该数项级数的和。
如果部分和序列Sn不收敛,我们称该数项级数是发散的。
接下来,我们来研究一些收敛数项级数的性质。
首先是数项级数的有界性。
如果数项级数收敛,那么它的部分和序列一定是有界的。
这是因为收敛数列的定义就包含了它的部分和序列是有界的。
其次,我们来看数项级数的比较判别法。
这是判断数项级数的敛散性的一种常用方法。
如果对于一个正数b来说,数项级数绝对值的部分和序列Sn满足Sn≤b,那么我们称该数项级数是收敛的。
该方法常用于判定数项级数在无穷大时的敛散性。
再次,我们来看数项级数的比值判别法。
如果数项级数的部分和序列Sn满足lim(n→∞) ,Sn+1 / Sn, = L,那么我们有下面的结论:1)当L<1时,数项级数是收敛的;2)当L>1时,数项级数是发散的;3)当L=1时,该方法无法判定数项级数的敛散性。
最后,我们来看数项级数的积分判别法。
对于一个连续递减的正函数f(x),如果数项级数的部分和序列Sn与函数f(x)的积分∫(n→∞) f(x) dx之间存在以下关系:1)当∫(n→∞) f(x) dx收敛时,数项级数也是收敛的;2)当∫(n→∞) f(x) dx发散时,数项级数也是发散的。
以上是数项级数的一些基本概念和性质。
数项级数的定义一、数项级数的概念数项级数是指由一系列数项按照一定规律相加而得到的一种数列。
数项级数一般表示为 S =a 1+a 2+a 3+...+a n +...,其中 a n 是数项。
二、数项级数的和数项级数的和指的是将数项按照一定次序相加的结果。
如果数项级数的和存在有限值,我们称该数项级数是收敛的,收敛的和就是该级数的和;如果数项级数的和不存在有限值,我们称该数项级数是发散的。
三、数项级数的收敛条件数项级数的收敛与数项的值有关,有以下几种常见的收敛条件:1. 绝对收敛如果数项级数的各个数项 a n (n ≥1)的绝对值组成的级数 ∑|a n |∞n=1 收敛,则称原数项级数 ∑a n ∞n=1 是绝对收敛的。
2. 条件收敛如果数项级数 ∑a n ∞n=1 收敛,但 ∑|a n |∞n=1 发散,则称原数项级数是条件收敛的。
3. 收敛性与发散性对于一般的数项级数,没有绝对收敛或条件收敛的情况,称该数项级数是发散的。
四、数项级数的性质数项级数具有以下一些基本的性质:若级数 ∑a n ∞n=1 和 ∑b n ∞n=1 都收敛,则级数 ∑(a n +b n )∞n=1 也收敛,并且有∑(a n +b n )∞n=1=∑a n ∞n=1+∑b n ∞n=1。
2. 常数倍数性若级数 ∑a n ∞n=1 收敛,则级数 ∑(ka n )∞n=1 也收敛,并且有 ∑(ka n )∞n=1=k ∑a n ∞n=1(k 为常数)。
3. 递推式若级数 ∑a n ∞n=1 的部分和数列 {S n } 满足递推式 S n =S n−1+a n (n ≥2)并且lim n→∞S n 存在,则级数 ∑a n ∞n=1 收敛且 lim n→∞S n =∑a n ∞n=1。
4. 比较性若级数 ∑a n ∞n=1 和 ∑b n ∞n=1 满足 |a n |≤|b n |(n ≥1),且 ∑b n ∞n=1 收敛,则∑a n ∞n=1 绝对收敛。
数项级数的定义数项级数的定义数项级数是由一系列有限或无限个数项所组成的一种特殊的数列。
这些数项可以是实数、复数或其他类型的数字。
在这个级数中,每个数字都被称为一个“项”,而这些项被按照一定的顺序排列在一起,形成了一个整体。
1. 数项级数的基本概念1.1 级数和部分和对于一个由n个项组成的级数,我们可以将它表示为S_n,其中S_n 表示前n个项之和。
当n趋近于无穷大时,我们可以得到该级数的总和S。
1.2 收敛与发散如果一个级数在某种意义下能够收敛于某个值S,则我们称该级数是收敛的。
反之,如果该级别不能收敛,则我们称它是发散的。
2. 数学公式表示对于一个由n个项组成的级别,我们可以用以下公式来表示它:∑ a_n = a_1 + a_2 + … + a_n其中a_n代表第n个项。
3. 级别收敛与发散判断方法3.1 正项级别判定法则正向级别指所有a_n都为正实数组成的级别。
如果正向序列满足以下条件,则该序列是收敛的:a_n ≤ a_(n+1) (n≥N)3.2 比值判别法对于一个级数∑ a_n,如果存在一个正整数q,使得:|a_(n+1) / a_n| ≤ q (n≥N)则该级数是收敛的。
3.3 积分判别法对于一个级别∑ a_n,如果存在一个连续的正函数f(x),满足以下条件,则该级数是收敛的:∫ f(x)dx 从N到无穷大收敛4. 常见级数之和4.1 等比级数求和公式对于形如∑ ar^n的等比级数,我们可以用以下公式来求和:S = a / (1-r)其中a为首项,r为公比。
4.2 调和级数求和公式调和级数指形如∑ 1/n的级别。
这个序列是发散的,但它可以用以下公式来近似计算:S_n = ln(n) + γ + ε_n其中γ为欧拉常数(约为0.577),ε_n是一个趋近于零的误差项。
5. 应用领域在实际生活中,级别经常被用于描述各种数量关系。
例如,在金融领域中,人们经常使用复利计算来计算投资回报率。
这种计算方法就涉及到等比级数。
一、数项级数的定义及敛散性定义:设给定一数列:,则称表达式为数项级数,简称级数.记为,即,其中第项称为级数的通项,也称为一般项.注意:级数一定是由无穷多项相加而成的式子. 例如:是级数,不是级数;是级数,不是级数.由中学学过的无穷递缩等比数列的求和公式可得,可见,这里的“无穷项求和”的结果等于一个数. 而对于级数,从直观上可知,这里的“无穷项求和”不等于任何数. 接下来要研究的问题是:“无穷项求和”的运算如何进行?定义:记级数的前项和为,显然 .如果(常数),则称级数收敛,并称S 为级数的和,记作.如果不存在,则称级数发散.典型例题例 2.2.1讨论等比级数(又称为几何级数)的敛散性.其中,叫做级数的公比.解(1)如果,级数的前项和当时,由于,从而,因此这时级数收敛,其和为.当,由于,从而,这时级数发散.(2)如果,则当时,级数的前项和,因此级数发散;当时,级数成为,,显然随着的增大,总是在或零上来回跳动,从而的极限不存在,这时级数也是发散的.综上所述,我们得到:等比级数的公比为,则当时,级数收敛,且收敛于;如果,则级数发散.简记为发散,可记忆为发散,由此公式,我们可以很快地得出:,级数收敛.,级数收敛.发散.例 2.2.2判定下列级数的敛散性:(1) ;(2) .解(1)∵,∴,从而,故级数发散.(2)由于,所以.从而,故级数收敛,它的和是1.例 2.2.3判定级数的敛散性.解级数的前项和,因为,所以级数发散.也可以这样化简:备注:这里用到初等数学中的公式:,.二、级数的基本性质和收敛的必要条件性质1 若为非零常数,则与同时收敛或同时发散,且在收敛时,有.此性质说明:级数的每一项同乘一个不为零的常数后,它的收敛性不会改变.性质2 设级数与都收敛,则也收敛,且.此性质说明,两个收敛级数可以逐项相加与逐项相减.性质3 在级数中去掉、加上或改变前面有限项的值,不会改变级数的敛散性.性质4(级数收敛的必要条件)若级数收敛,则它的一般项趋于零,即.此性质说明,一般项的极限为零是级数收敛的必要条件.推论:若,则级数发散.注意:级数的一般项趋于零并不是级数收敛的充分条件.有些级数虽然一般项趋于零,但仍然是发散的.将在后面学习的调和级数就是这样的例子.典型例题例 2.2.4判断级数的敛散性.解,而级数收敛,所以由性质1知收敛.例 2.2.5判定级数的敛散性,若收敛求此级数的和.解因为级数收敛,且,又级数也收敛,且;所以由性质2,.例 2.2.6判定级数的敛散性.解级数的一般项为,因为,所以级数发散.三、正项级数的敛散性判别定义:设数项级数中的每一项都是非负的,即(),则称该级数是正项级数.定理(比较判别法):设,是两个正项级数,若,则(1) 当收敛时,收敛;(2) 当发散时,发散.有了这个定理,在判断一个正项级数的敛散性时,可以利用另一个收敛性为已知的正项级数来比较.形如的级数称为-级数,可以证明-级数当时收敛,当时发散.其中时的级数也称为调和级数.典型例题例 2.2.7判定下列级数的敛散性:(1) ; (2) ; (3)解(1)因为,是调和级数,所以级数发散.(2)因为,所以级数收敛.(3)因为,所以级数发散.例 2.2.8判定下列级数的敛散性:(1);(2);(3).解(1) ∵,∴,,而收敛,故收敛.(2) ∵,∴,而发散,所以发散.(3) ∵,∴,而发散,所以发散.小结(1)数项级数及其收敛与发散的概念;(2)数项级数敛散性的常用判别法:①等比级数的敛散性判定及收敛时的求和.要求掌握有关的结论和公式.②-级数的敛散性.要求掌握有关的结论.③对于正项级数,在利用比较判别法时,常以-级数作为参照.④当以上判别方法都不适用时,考虑用敛散性的定义进行判别.⑤利用级数收敛的必要条件只能说明,一般项极限不为零的级数发散,但一般项极限为零的级数未必收敛.重点题型:判断级数的敛散性.。
数项级数一、数项级数的相关概念数项级数:形如12n u u u ++++的表达式,其中{}n u 为一给定数列。
简记为1nn u∞=∑一般项: 第n 项n u 第n 个部分和:11nn n i i s u u u ==++=∑部分和数列: {}n s收敛级数及其和:若部分和数列{}n s 收敛于s ,即lim n n s s →∞=,则称级数1nn u∞=∑收敛,且称部分和数列{}n s 的极限s 为级数1nn u∞=∑的和。
并记12n s u u u =++++发散级数: 若部分和数列{}n s 发散,则称级数1nn u∞=∑发散。
余项: 12n n n n r s s u u ++=-=++两个问题;1、判别级数的敛散性; 2、级数求和(放在最后) 用定义判别敛散性的要点是通过对部分和数列的研究 [例1] 讨论等比级数201nn n qq q q ∞==+++++∑的敛散性。
(结论要熟记)解:因为当1q =时,n s n =;当1q ≠时,21111n n n q s q q qq--=++++=-,且lim nn q →∞存在当且仅当||1q <,所以当||1q <时,等比级数201nn n qq q q ∞==+++++∑收敛于11q-;当||1q ≥时,等比级数发散。
[例2] 已知数列{}n na 收敛,12()nn n n aa ∞-=-∑也收敛,求证:1n n a ∞=∑收敛。
[赛. 1991. 苏]证明:12()nn n n aa ∞-=-∑的第n 个部分和为11111222121111()(1)(1)n n n kk kk k k k n n kkk k n n nk k aa ka kaka k an a a a +++--===+==+=-=-=-+=+--∑∑∑∑∑∑所以1nn a∞=∑的第n 个部分和为:111112(1)()nn kn k k k k an a a k a a ++-===+---∑∑设数列{}n na 收敛于A ,12()nn n n aa ∞-=-∑收敛于B ,则1n n a ∞=∑收敛,其和为1A a B --[例3] 证明调和级数11n n∞=∑发散。
一.常数项级数的概念
设有数列{U n },则称u 1+u 2+...+u n +...为(常数项)无穷级数,简称(常数项)级数,记为∑Un ∞n=1,其中U n 称为级数的通项或一般项 令S n =u 1+u 2+...+u n (n=1,2,...),则称数列{S n }为级数∑Un ∞n=1的部分和数列,
如果部分和数列{S n }有极限S ,即
lim n→∞
Sn
则称级数∑Un ∞n=1收敛,这时极限S 叫做级数∑Un ∞n=1的和,即
S=∑Un ∞n=1
如果{S n }没有极限,则称级数∑Un ∞n=1发散 讨论几何级数(等比级数) [1] =aq n-1
∑[1]∞n=1=a + aq + aq 2 + ...+ aq n-1+...的敛散性,其中a ≠0,q 是
级数的公比
解析:如果 |q|≠1,则部分和: 【2】=q n
∑[1]∞n=1
=a + aq + aq 2 + ...+ aq n-1+...=a (1−【2】)
1−q
级数(6--1)
二.收敛级数的基本性质
三.级数收敛的必要条件
定理1为必要条件,不是充分条件
四.正项级数的判别法
1.比较判别法
(比较判别法的极限形式)
2.比值判别法
例题:
3.其他判别法
五.交错级数的判别法
六.绝对收敛与条件收敛。