无穷级数敛散性判别方法 • Xingluo's Blog

如文章公式未显示请刷新文章

判断级数的收敛性或发散性有多种方法，以下是一些常用的方法：

正项级数测试（Test for Divergence）：如果级数的通项序列不趋近于零，即 $\\lim\_{n \\to \\infty} a\_n \\neq 0$ ，则级数必定发散。
比值测试（Ratio Test）：计算级数的相邻两项的比值的极限值 $\\lim{n \\to \\infty} \\left| \\frac{a{n+1}}{a\_n} \\right|$ 。根据比值测试的结果：
- 如果极限值小于 $1$ ，即 $\\lim{n \\to \\infty} \\left| \\frac{a{n+1}}{a\_n} \\right| < 1$ ，则级数绝对收敛；
- 如果极限值大于 $1$ ，即 $\\lim{n \\to \\infty} \\left| \\frac{a{n+1}}{a\_n} \\right| > 1$ ，则级数发散；
- 如果极限值等于 $1$ ，即 $\\lim{n \\to \\infty} \\left| \\frac{a{n+1}}{a\_n} \\right| = 1$ ，比值测试无法确定级数的收敛性。
交错级数是指其项的符号交替变化的无穷级数。一个典型的交错级数可以表示为： $\\sum\_{n=1}^{\\infty} (-1)^{n-1} a\_n = a\_1 - a\_2 + a\_3 - a\_4 + \\cdots,$ 其中 $a\_n > 0$ 对所有 $n$ 都成立。要判定一个交错级数的收敛性，我们通常使用莱布尼茨判别法（Leibniz’s Test），也称为交错级数判别法。这个判别法有两个条件：
1. 项的绝对值递减：序列 $(a\_n)$ 的项必须形成一个单调递减的序列，即 $a\_{n+1} \\leq a\_n$ 对所有 $n$ 都成立。
2. 项的极限为零：序列 $(a\_n)$ 的项的极限必须为零，即 $\\lim\_{n \\to \\infty} a\_n = 0$ 。
  如果一个交错级数满足这两个条件，那么这个级数是收敛的。值得注意的是，莱布尼茨判别法只能用于判断交错级数的收敛性，而不能用于判断绝对收敛性。如果一个交错级数的非交错形式（即所有项的绝对值组成的级数）也收敛，那么我们说该级数是绝对收敛的。绝对收敛的级数一定收敛，但是收敛的交错级数不一定绝对收敛。
p级数判别方法
- p级数判别方法是一种用于判断形如 $\\sum \\frac{1}{n^p}$ 的级数收敛性的方法。其中， $p$ 是一个实数。
- p级数判别方法的规则如下：
  1. 当 $p > 1$ 时，级数 $\\sum \\frac{1}{n^p}$ 收敛。
  2. 当 $p \\leq 1$ 时，级数 $\\sum \\frac{1}{n^p}$ 发散。
- 简单来说，当 $p$ 大于 $1$ 时，级数收敛；当 $p$ 小于等于 $1$ 时，级数发散。
- 这个判别方法的基本思想是通过比较级数的通项序列与调和级数 $\\sum \\frac{1}{n}$ 的收敛性来判断。当 $p > 1$ 时，级数的通项序列衰减得比调和级数更快，因此级数收敛；而当 $p \\leq 1$ 时，级数的通项序列衰减得比调和级数更慢或者相同，因此级数发散。
- 需要注意的是，p级数判别方法只适用于形如 $\\sum \\frac{1}{n^p}$ 的级数，对于其他形式的级数，可能需要使用其他的判别方法。