正项级数收敛的充要条件

研究的目的之一是求和,但求和往往是一个高难度操作,所以数学家会考虑先判断是否收敛,然后由此发展出了一系列的判断方法,即所谓的 审敛法 (Test for convergence),这就是接下来两课我们需要学习的内容。

1 正项级数
如果对于某始终有,则该级数称为 正项级数 (Series with nonnegative terms)。

这种级数特别重要,后面将看到许多同时包含正数项、负数项及零项的级数的收敛性问题可归结为正项级数的收敛性问题。

2 正项级数收敛的充要条件
设正项级数,则:

这就是 正项级数收敛的充要条件 (Necessary and sufficient condition for convergence of series with nonnegative terms)。

(1)当收敛时,即存在时,根据,所以

        (2)当时,又正项级数满足,所以,即有:

根据,所以存在,即收敛。

举例说明一下上述充要条件,比如,这就是一个正项级数,如下图所示,可看到其有上界,且当增大时不断趋于

有界且不断逼近

练习题 如果某级数,是否可以推出该级数收敛? 可以 不可以 不可以,因为当为正项级数时才可以根据其推出该级数收敛。而当为非正项级数时,比如为:

其部分和,因此,但在之间振荡因此没有极限。

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