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        正項(xiàng)級(jí)數(shù)達(dá)朗貝爾判別法的幾點(diǎn)補(bǔ)充

        2020-03-17 03:56:09陳實(shí)石昌梅彭春源何丁莉
        關(guān)鍵詞:散性柯西級(jí)數(shù)

        陳實(shí) 石昌梅 彭春源 何丁莉

        [摘? ? ? ? ? ?要]? 達(dá)朗貝爾判別法是判別正項(xiàng)級(jí)數(shù)斂散性一種非常方便和常用的方法,這種方法對(duì)某些級(jí)數(shù)斂散性的判別卻是無(wú)效的.主要通過(guò)舉例說(shuō)明達(dá)朗貝爾判別法失效的兩種情況,給出了判別這類級(jí)數(shù)斂散性的一些方法和思路.

        [關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 正項(xiàng)級(jí)數(shù);達(dá)朗貝爾判別法;斂散性;失效

        [中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603(2020)32-0056-02

        無(wú)窮級(jí)數(shù)是數(shù)學(xué)分析中的一個(gè)重要組成部分,無(wú)窮級(jí)數(shù)又分為數(shù)值級(jí)數(shù)和函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù),數(shù)值級(jí)數(shù)是研究函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)的基礎(chǔ).函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)是用于表示函數(shù)的一個(gè)重要工具,特別是非初等函數(shù)的表示問(wèn)題.對(duì)某些函數(shù),利用冪級(jí)數(shù)可將其表示成無(wú)窮項(xiàng)多項(xiàng)式的和,同時(shí)通過(guò)選取有限項(xiàng)來(lái)近似計(jì)算時(shí)可以估計(jì)其誤差等.所以,無(wú)窮級(jí)數(shù)對(duì)于研究函數(shù)起到非常重要的作用.

        對(duì)無(wú)窮級(jí)數(shù)最重要的問(wèn)題是什么呢?對(duì)給定的級(jí)數(shù),最核心的兩個(gè)問(wèn)題是:(1)判別所給級(jí)數(shù)是否收斂;(2)如果級(jí)數(shù)收斂,則級(jí)數(shù)的和為多少?所以,對(duì)一個(gè)級(jí)數(shù)而言,首當(dāng)考慮的是其斂散性的判別問(wèn)題.那么,如何判別一個(gè)級(jí)數(shù)的斂散性呢?有關(guān)級(jí)數(shù)斂散的判別法有很多,常用的方法有:(1)利用級(jí)數(shù)斂散的定義,將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求數(shù)列極限的問(wèn)題,這種方法的前提是所給級(jí)數(shù)的前n項(xiàng)部分和要能夠比較容易地計(jì)算出來(lái),這對(duì)許多級(jí)數(shù)而言都是比較困難的,例如級(jí)數(shù);(2)利用級(jí)數(shù)斂散性的柯西收斂準(zhǔn)則,這種方法是級(jí)數(shù)理論上的一個(gè)非常重要的結(jié)果,但對(duì)具體的級(jí)數(shù)而言,柯西收斂準(zhǔn)則應(yīng)用起來(lái)會(huì)比較麻煩,甚至?xí)灰着袆e;(3)可以借助已知斂散性的級(jí)數(shù),以及級(jí)數(shù)的運(yùn)算性質(zhì)來(lái)進(jìn)行判別;(4)利用級(jí)數(shù)相關(guān)判別法,例如比較判別法、柯西判別法、達(dá)朗貝爾判別法、萊布尼茨判別法、狄利克雷判別法、阿貝爾判別法等[1].

        正項(xiàng)級(jí)數(shù)作為數(shù)值級(jí)數(shù)的一類重要類型,其斂散性判別法常用的有比較判別法、柯西判別法和達(dá)朗貝爾判別法等,為了使判別法更精細(xì)、應(yīng)用更廣泛,學(xué)者們?cè)谝延械倪@些經(jīng)典方法的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步深入地研究和探討正項(xiàng)級(jí)數(shù)斂散性的判別方法,例如有關(guān)推廣判別法的研究,文獻(xiàn)[2]對(duì)拉貝判別法和達(dá)朗貝爾判別法進(jìn)行了進(jìn)一步的研究,并考慮更精細(xì)的級(jí)數(shù)作為比較標(biāo)準(zhǔn),從而將已有方法做了兩個(gè)推廣;又有將新的級(jí)數(shù)作為比較標(biāo)準(zhǔn),得到比較判別法的新審斂法,由此總結(jié)出:當(dāng)正項(xiàng)級(jí)數(shù)的通項(xiàng)含有l(wèi)n(n)且較復(fù)雜時(shí),可以考慮用此審斂法[3];還有基于柯西積分判別法和比較原理,證明了某些正項(xiàng)級(jí)數(shù)的斂散性,并將這些結(jié)果推廣到更一般的情形[4].關(guān)于正項(xiàng)級(jí)數(shù)的斂散性問(wèn)題的研究還有很多,例如文獻(xiàn)[5-11],學(xué)者們從不同角度,利用不同的方法和工具對(duì)正項(xiàng)級(jí)數(shù)的斂散性進(jìn)行探討,例如文獻(xiàn)[5]是利用函數(shù)的泰勒展開(kāi)式以及極限的運(yùn)算性質(zhì),再借助已知級(jí)數(shù)的斂散性,推導(dǎo)出判別正項(xiàng)級(jí)數(shù)斂散性的兩種方法,并在此基礎(chǔ)上得到了通項(xiàng)遞減的正項(xiàng)級(jí)數(shù)斂散性的兩種判別法.

        本文主要是在判別正項(xiàng)級(jí)數(shù)斂散性的達(dá)朗貝爾判別法的基礎(chǔ)上,討論該方法的應(yīng)用問(wèn)題,其中主要考慮達(dá)朗貝爾判別法失效的情形,通過(guò)舉例說(shuō)明達(dá)朗貝爾判別法失效的兩種情況,并給出其中某些級(jí)數(shù)斂散性判別的一些方法.

        一、達(dá)朗貝爾判別法

        正項(xiàng)級(jí)數(shù)作為一類重要的級(jí)數(shù),由于級(jí)數(shù)理論的復(fù)雜性和不確定性,我們看到并不能建立一種萬(wàn)能的判別方法,因?yàn)獒槍?duì)不同類型的級(jí)數(shù)可能需要應(yīng)用不同的判別法,所以,這使級(jí)數(shù)斂散性的判別方法有很多.比較判別法是判別正項(xiàng)級(jí)數(shù)斂散性一種最基本和最常用的方法.在比較判別法中,當(dāng)以幾何級(jí)數(shù)n作為比較的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)時(shí),得到了柯西(Cauchy)判別法和達(dá)朗貝爾(DAlembert)判別法.柯西判別法和達(dá)朗貝爾判別法的極限形式敘述如下:

        從定理2的敘述可以知道,達(dá)朗貝爾判別法是通過(guò)考察比來(lái)判斷級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)速率的,而且該判別法是具體級(jí)數(shù)判別問(wèn)題中非常便利的一種方法.一般地,當(dāng)級(jí)數(shù)通項(xiàng)中包含有n的階層或n的次冪時(shí),達(dá)朗貝爾判別法都是有效的,我們可以通過(guò)下面兩個(gè)級(jí)數(shù)斂散性的判別看到.

        從這兩個(gè)級(jí)數(shù)斂散性的判別操作上可以看到,達(dá)朗貝爾判別法在實(shí)際應(yīng)用中是非常方便的.那么,達(dá)朗貝爾判別法適用于哪些類型級(jí)數(shù)的斂散性判別呢?從理論上來(lái)看,由于達(dá)朗貝爾判別法是以幾何級(jí)數(shù)用,例如,調(diào)和級(jí)數(shù)就無(wú)法用達(dá)朗貝爾判別法判斷其斂散性. 因此,對(duì)達(dá)朗貝爾判別法失效的正項(xiàng)級(jí)數(shù),如何判別它們的斂散性便成為一個(gè)需要討論的問(wèn)題.下面,我們將討論達(dá)朗貝爾判別法失效的兩種情況,并給出其中某些常見(jiàn)類型級(jí)數(shù)斂散性判別的一些方法和思路,通過(guò)實(shí)例進(jìn)行解析.由此希望能給讀者在學(xué)習(xí)正項(xiàng)級(jí)數(shù)斂散性判別法時(shí)提供一點(diǎn)解題思路和建議.

        二、達(dá)朗貝爾判別法失效的情況分析

        (1)對(duì)通項(xiàng)為單調(diào)增加數(shù)列的級(jí)數(shù),可以考慮其通項(xiàng)極限是否為零.

        我們知道,收斂級(jí)數(shù)一個(gè)重要的必要條件是其通項(xiàng)極限為零,所以,這個(gè)命題的逆否命題為真的,即若級(jí)數(shù)通項(xiàng)數(shù)列的極限不為零,則級(jí)數(shù)是發(fā)散的.因此,如果級(jí)數(shù)的通項(xiàng)是單調(diào)增加的,而且其首項(xiàng)不為零,則此時(shí)級(jí)數(shù)的通項(xiàng)的極限不為零,故可以判斷級(jí)數(shù)是發(fā)散的.我們來(lái)看下面具體的例子.

        (2)對(duì)斂散性比幾何級(jí)數(shù)慢的級(jí)數(shù),可以考慮以比幾何級(jí)數(shù)斂散更慢的正項(xiàng)級(jí)數(shù)作為新的比較標(biāo)準(zhǔn)而得到更精細(xì)的判別法,這樣判別法適用范圍也將會(huì)有所擴(kuò)大.例如下面的拉貝(Raabe)判別法即是廣義調(diào)和級(jí)數(shù)作為比較級(jí)數(shù)所得到的判別法.

        所以,對(duì)斂散性比幾何級(jí)數(shù)慢的級(jí)數(shù),可以考慮用拉貝判別法,甚至用比拉貝判別法更細(xì)致的其他推廣形式,例如文獻(xiàn)[2]中的推廣方法等.

        參考文獻(xiàn):

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        [4]盧霖.柯西積分判別法與比較原理的應(yīng)用[J].高師理科學(xué)刊,2020(2):72-75.

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        [8]邱晨陽(yáng).還有比調(diào)和級(jí)數(shù)發(fā)散速度更慢的正項(xiàng)級(jí)數(shù)嗎[J].高等數(shù)學(xué)研究,2019(5):7-9.

        [9]李婭.比較判別法在級(jí)數(shù)收斂性判別上的應(yīng)用[J].高等數(shù)學(xué)研究,2019(5):26-28.

        [10]李衛(wèi)平,紀(jì)宏偉.對(duì)正項(xiàng)級(jí)數(shù)斂散性判別方法的研究[J].高等數(shù)學(xué)研究,2019(5):8,21-25.

        [11]于也淳,鄧雪.正項(xiàng)級(jí)數(shù)比較判別法極限形式的探析[J].高師理科學(xué)刊,2020(1):6-8.

        [12]伍勝健.數(shù)學(xué)分析(第二冊(cè))[M].北京:北京大學(xué)出版社,2010.

        ◎編輯 馬燕萍

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