高数2复习题第九章
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高数2复习题第九章 第九章答案 习题9.11.写出下列级数的通项n x (1) -+-+-564534232 解:11(1)()n n n x n++=- (3) +⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅+86426424222x x x x x解:212!n n nx x n =⋅⋅ 2.判断下列级数的敛散性(1) +++++n 001.0001.0001.0001.03 解:1(0.001)nn x =,lim 1n n x →∞=,所以级数发散。
(3) +-++++12151311n 解:11(1())111111211lim 213521242(1)12n n n n →∞-+++++<+++++==---(5) +++++!1!31!211n 解:1111111112!3!!213214321(1)21n n n +++++=++++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅ 2311111111111()()()2222222222222n -<+++++=+++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅ 111()2n n ∞-==∑ 级数111()2n n ∞-=∑收敛,所以 +++++!1!31!211n 收敛。
3.判断下列级数的敛散性 (2)∑∞=+1)1ln(1n n解:1111ln(1)1n n n n ∞∞==>++∑∑,111n n ∞=+∑发散,所以,∑∞=+1)1ln(1n n 发散 (3)∑∞=+13232n n n n(6)∑∞=-1)cos 1(n n π解:211(1cos )2sin2n n n nππ∞∞==-=∑∑,222222sin sin22limlim ()1222n n n n n nπππππ→∞→∞==211n n ∞=∑收敛,所以,∑∞=-1)cos 1(n n π收敛 (7)∑∞=122n n n解:∑∞=122n n n 的通项为22n n n a =,211(1)2n n n a +++=, 221122(1)(1)12lim lim lim 1222n n n n n nn n a n n a n ++→∞→∞→∞++===<,所以∑∞=122n n n收敛。
(11)∑∞=12)!2()!(n n n解:∑∞=12)!2()!(n n n 的通项为2(!)(2)!n n a n =,2221[(1)!](1)(!)[2(1)]!(22)(21)(2)!n n n n a n n n n +++==+++ 22212(1)(!)(1)1(22)(21)(2)!lim lim lim 1(!)(22)(21)4(2)!n n n n nn n a n n n n n a n n n +→∞→∞→∞++++===<++。
所以∑∞=122n n n 收敛。
4. 判断下列级数的绝对收敛性和条件收敛性 (1)∑∞=-11)1(n pnn 解:1111(1)np p n n n n ∞∞==-=∑∑,所以,当1p >时,∑∞=-11)1(n p n n 绝对收敛;当01p <≤时,1111(1)(1)nn p n n n n ∞∞==-=-∑∑收敛,1111(1)n p p n n n n ∞∞==-=∑∑发散,所以∑∞=-11)1(n p n n 条件收敛性;当0p ≥时,1111(1)(1)nn p n n n n ∞∞==-=-∑∑发散。
(3)∑∞=+-11ln)1(n n nn 解:111111(1)ln ln ln(1)nn n n n n n n n ∞∞∞===++-==+∑∑∑,1ln(1)1lim lim ln(1)lim ln 11n n n n n e n n→∞→∞→∞+=+==,11n n ∞=∑发散,所以,11(1)lnn n n n ∞=+-∑发散 ∑∞=+-11ln )1(n nn n 收敛,级数∑∞=+-11ln )1(n nn n 条件收敛性。
5. 用积分判别法和拉贝判别法判断下列级数的敛散性 (1)∑∞=⋅2ln 1n pnn (0p >) 解:0p >时,l()ln p f x x x=在[1,]+∞为非负减函数,111101l 1(ln )ln (ln )01ln 1p p p p dx x d x x p x x p +∞+∞+∞--+>⎧===⎨∞<<-+⎩⎰⎰,即当1p >时,∑∞=⋅2ln 1n p n n 收敛,01p <<时,∑∞=⋅2ln 1n pnn 发散;1p =时,2211ln ln p n n n n n n ∞∞===⋅⋅∑∑,l ()ln f x x x =在[1,]+∞为非负减函数,2111l 1(ln )ln (ln )ln 2dx x d x x x x +∞+∞+∞===∞⎰⎰,级数发散。
于是得到级数∑∞=⋅2ln 1n pnn 1p >时收敛,01p <≤时发散。
(3)∑∞=+++1)()2)(1(!n n a a a n 0a > 解:∑∞=+++1)()2)(1(!n n a a a n 的通项为!(1)(2)()nn a a a a n =+++ , 1(1)!(1)(2)()(1)n n a a a a n a n ++=+++++1(1)!(1)(2)()(1)lim (1)lim (1)!(1)(2)()n n n nn a a a a n a n n n n a a a a n +→∞→∞++++++-=-+++1lim (1)lim 11n n n ann a a n a n →∞→∞+=-==++++则当1a >时,级数收敛;当1a <时,级数发散;1a =时,111!!1(1)(2)()(11)(12)(1)1n n n n n a a a n n n ∞∞∞=====+++++++∑∑∑ ,级数发散。
于是,当1a >时,级数收敛;当01a <≤时,级数发散。
习题9.21.判断下列级数的一致收敛性 (1)∑∞=-1)1(n nxx 01x <<解:11()(1)n nn n n S x x xx x +==-=-∑,1()lim ()lim()n n n n S x S x x x x +→∞→∞==-=当10<<x 时,1ln ()()1ln n n S x S x xn xεε+-=<⇒>-,所以,级数不一致收敛。
(3)∑∞=+1344sin n xn nx+∞<<∞-x解:431()n u x n=<,4131n n∞=∑为43p =的p 级数,收敛,根据魏尔斯特拉斯判别法,级数一致收敛。
(5)∑∞=+-12)1(n nnx +∞<<-x 2 解:2x -<<+∞⇒1(1)1()22n n n n u x x --=<+,1112n n ∞-=∑收敛,根据魏尔斯特拉斯判别法,级数一致收敛。
(7)∑∞=+1251n x n nx+∞<<∞-x解:5212n x n+≥,5232112nx n x n≤=+,31212n n∞=∑为32p =的p 级数,收敛,根据魏尔斯特拉斯判别法,级数∑∞=+1251n xn nx一致收敛。
3. 求下列级数的和函数)(x S(1)∑∞=++11414n n n x解:∑∞=++11414n n n x 的通项为41()41n n x u x n +=+,451()45n n x u x n ++=+4544141()4145lim lim lim ()4541n n n n n n nx u x n n x x x u x n n +++→∞→∞→∞++==⋅=++,当41x <,即11x -<<时,级数一致收敛,设其和函数为()S x ,4159131()415913n n x x x x S x n +∞===++++∑5913448124()()59131x x x x S x x x x x ''=+++=+++=-4422000111()()1()1211x xx t S x S t dt dt dt t t t '===-++--+⎰⎰⎰ 0111111(ln arctan )ln arctan 412412xt x t t x x t x ++=-++=-++--当1x =时,411114141n n n x n n +∞∞===++∑∑,级数发散;1x =-时,411114141n n n x n n +∞∞===-++∑∑,级数发散。
所以有111()ln arctan (1,1)412x S x x x x x +=-++∈--(3)3573!5!7!x x x x ++++ 解:3573!5!7!x x x x ++++ =1()n n u x ∞=∑ 通项21()(21)!n n x u x n -=-,211()(21)!n n x u x n ++=+212121()1(21)!lim lim lim 0()(21)2(21)!n n n n n n nx u x n x u x n n x n ++-→∞→∞→∞+==⋅=+-,所以,在x -∞<<+∞上,级数一致收敛,设其和函数为()S x ,357()3!5!7!x x x S x x =++++ 246()12!4!6!x x x S x '=++++246357()()12!4!6!3!5!7!x x x x x x S x S x x '+=+++++++++21112!!n x x x x e n =+++++= 解此微分方程,得到221()()()()2dx dx x x x x x S x e e e dx C e e dx C e e C ---⎰⎰=+=+=+⎰⎰ x -∞<<+∞当0x =时,()0S x =。
于是1C =-21()(1)2x xS x e e -=- 习题9.31.求下列幂级数的收敛区间(2)∑∞=-12)1(n nnn x 解:∑∞=-12)1(n n nn x 的通项2()(1)n n n x u x n =-,1112()(1)(1)n n n x u x n +++=-+, 11212(1)()(1)lim lim ()(1)n n n n n n n nx u x n x x u x n+++→∞→∞-+==-,当1x <,即11x -<<时,级数一致收敛。