kaoyan3basic 高等数学 第647题

教材习题

📝 题目

### 第647题 647 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**:(1)反例:$\displaystyle a_n=\frac{(-1)^n}{n}$,$\sum a_n$条件收敛,但$\displaystyle \sum a_n^2=\sum\frac{1}{n^2}$收敛,故(1)错误。(2)反例:$\displaystyle a_n=\frac{(-1)^n}{n}$,$\displaystyle b_n=\frac{(-1)^n}{n}+\frac{1}{n\ln n}$,则$a_n\sim b_n$,$\sum a_n$收敛,但$\sum b_n$发散(因为$\displaystyle \sum\frac{1}{n\ln n}$发散)。(3)反例:$\displaystyle a_n=\frac{(-1)^n}{n\ln n}$,$\sum a_n$收敛,但$\displaystyle na_n=\frac{(-1)^n}{\ln n}$不是$o(1)$,故(3)错误。(4)正确,证明见前。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:判断级数(1)的条件收敛性
级数(1)为交错级数∑(-1)^{n-1} ln n / n。由于ln n / n单调递减趋于0,由莱布尼茨判别法知该级数收敛。但绝对值级数∑ ln n / n发散(比较判别法,与1/n比较),故级数(1)条件收敛。
公式:莱布尼茨判别法:若a_n单调递减趋于0,则∑(-1)^{n-1}a_n收敛。
提示:注意ln n / n的单调性可通过导数判断。
步骤 2/4
目标:判断级数(2)的条件收敛性
级数(2)通项为(sin n^2) ln^3 n / (n^{4/3}(1+1/n^4)^{1/3})。由于|sin n^2|≤1,且ln^3 n / n^{4/3}趋于0,但绝对值级数∑ ln^3 n / n^{4/3}收敛(p=4/3>1,ln幂次不影响),故级数(2)绝对收敛,非条件收敛。
公式:比较判别法:|a_n| ≤ ln^3 n / n^{4/3},而∑ ln^3 n / n^{4/3}收敛。
提示:忽略sin n^2的振荡,用绝对值放缩。
步骤 3/4
目标:判断级数(3)的条件收敛性
级数(3)为交错级数∑(-1)^{n-1}/(√n - (-1)^n)。通项分母√n - (-1)^n,当n大时,分母≈√n,但需注意分母可能为负?实际上,√n > 1,故分母为正。通项绝对值1/(√n - (-1)^n) ~ 1/√n,故绝对值级数发散。但交错级数是否收敛?由于通项不单调(因为分母有振荡),莱布尼茨失效。实际上,该级数发散(可证通项不趋于0?趋于0,但部分和振荡)。更严格:将通项有理化:1/(√n - (-1)^n) = (√n + (-1)^n)/(n-1),则级数化为∑(-1)^{n-1}(√n + (-1)^n)/(n-1) = ∑(-1)^{n-1}√n/(n-1) + ∑1/(n-1)。前者条件收敛(类似(1)),后者发散,故原级数发散。因此(3)非条件收敛。
公式:有理化:1/(√n - (-1)^n) = (√n + (-1)^n)/(n-1)。
提示:注意分母有理化后拆分为两个级数。
步骤 4/4
目标:判断级数(4)的条件收敛性
级数(4)为∑[(-1)^n/√n + (-1)^n/n^2] = ∑(-1)^n/√n + ∑(-1)^n/n^2。其中∑(-1)^n/√n条件收敛(莱布尼茨,绝对值发散),∑(-1)^n/n^2绝对收敛。故和级数条件收敛。
公式:条件收敛级数与绝对收敛级数之和仍条件收敛。
提示:分别判断两个级数的收敛性。

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