kaoyan1basic 高等数学 第627题

教材习题

📝 题目

### 第627题 在如下四个级数 (1)$\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1} \frac{\ln n}{n}$ . (2)$\displaystyle \sum_{n=2}^{\infty} \frac{\left(\sin n^{2}\right) \ln ^{3} n}{\sqrt[3]{n^{4}+1}}$ . (3)$\displaystyle \sum_{n=2}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1}}{\sqrt{n}-(-1)^{n}}$ . (4)$\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{(-1)^{n}}{\sqrt{n}}+\frac{(-1)^{n}}{n^{2}}\right)$ . 中,条件收敛的级数是 (A)(1),(2). (B)(2),(3). (C)(3),(4). (D)(1),(4).

💡 答案解析

**答案**:D **解析**: 步骤1:对于(1),$\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1}\frac{\ln n}{n}$,由Leibniz判别法,$\displaystyle \frac{\ln n}{n}$递减趋于0,故收敛;绝对值级数$\displaystyle \sum \frac{\ln n}{n}$发散(比较$\displaystyle \frac{1}{n}$),故条件收敛。 步骤2:对于(2),$\displaystyle \sum_{n=2}^{\infty} \frac{(\sin n^2)\ln^3 n}{\sqrt[3]{n^4+1}}$,绝对值$\displaystyle \leq \frac{\ln^3 n}{n^{4/3}}$,由p级数知绝对收敛,故非条件收敛。 步骤3:对于(3),$\displaystyle \sum_{n=2}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1}}{\sqrt{n}-(-1)^n}$,通项不单调,且$\displaystyle \frac{1}{\sqrt{n}-(-1)^n} \sim \frac{1}{\sqrt{n}}$,绝对值级数发散,但原级数可能发散,需具体分析,通常发散。 步骤4:对于(4),$\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{(-1)^n}{\sqrt{n}}+\frac{(-1)^n}{n^2}\right) = \sum \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}} + \sum \frac{(-1)^n}{n^2}$,前者条件收敛,后者绝对收敛,故整体条件收敛。 综上,条件收敛的是(1)(4)。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:判断级数(1)的收敛性
对于级数(1) $\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1} \frac{\ln n}{n}$,使用Leibniz判别法:$\frac{\ln n}{n}$单调递减趋于0,故原级数收敛。其绝对值级数$\sum \frac{\ln n}{n}$发散(与$\sum \frac{1}{n}$比较),因此级数(1)条件收敛。
公式:Leibniz判别法:若$a_n$单调递减趋于0,则$\sum (-1)^{n-1}a_n$收敛。
提示:注意$\frac{\ln n}{n}$的单调性可通过导数或比值判断。
步骤 2/4
目标:判断级数(2)的收敛性
对于级数(2) $\sum_{n=2}^{\infty} \frac{(\sin n^2)\ln^3 n}{\sqrt[3]{n^4+1}}$,其绝对值$\left| \frac{(\sin n^2)\ln^3 n}{\sqrt[3]{n^4+1}} \right| \leq \frac{\ln^3 n}{n^{4/3}}$。由于$\sum \frac{\ln^3 n}{n^{4/3}}$收敛(p级数,p=4/3>1),故原级数绝对收敛,不是条件收敛。
公式:比较判别法:$|a_n| \leq b_n$且$\sum b_n$收敛,则$\sum a_n$绝对收敛。
提示:利用$|\sin n^2| \leq 1$放缩。
步骤 3/4
目标:判断级数(3)的收敛性
对于级数(3) $\sum_{n=2}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1}}{\sqrt{n}-(-1)^n}$,通项不单调,且$\frac{1}{\sqrt{n}-(-1)^n} \sim \frac{1}{\sqrt{n}}$,故绝对值级数发散。但原级数可能发散,实际上通过分析通项行为,级数发散(例如考虑部分和或与调和级数比较),因此不是条件收敛。
公式:通项等价无穷小:$\frac{1}{\sqrt{n}-(-1)^n} \sim \frac{1}{\sqrt{n}}$。
提示:注意$(-1)^n$导致分母振荡,需小心处理。
步骤 4/4
目标:判断级数(4)的收敛性
对于级数(4) $\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{(-1)^n}{\sqrt{n}}+\frac{(-1)^n}{n^2}\right)$,拆分为两个级数:$\sum \frac{(-1)^n}{\sqrt{n}}$条件收敛(Leibniz判别法,且绝对值发散),$\sum \frac{(-1)^n}{n^2}$绝对收敛(p=2>1)。收敛级数的和仍收敛,且由于前者条件收敛,后者绝对收敛,整体条件收敛。
公式:若$\sum a_n$条件收敛,$\sum b_n$绝对收敛,则$\sum (a_n+b_n)$条件收敛。
提示:注意条件收敛与绝对收敛的和的性质。

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