13.1 第10次作业评讲
例 13.1.1 (题1,
26%)
不定项选择题:以下命题中正确的命题是____。
-
(A)
-
对任何正项级数,记,则收敛当且仅当;
-
(B)
-
对任何收敛的正项级数,记,则收敛当且仅当;
-
(C)
-
没有收敛得最慢的级数;
-
(D)
-
没有发散得最慢的级数;
-
(E)
-
以上命题都不正确。
解
BCD。(A)、(B)选项是Abel-Dini定理(例13.1.2)的内容,(A)错误(应将条件修改为发散的正项级数),(B)正确;(C)、(D)选项是Du Bois-Reymond &
Abel定理(例11.3.3)的内容,均正确。
(A) 如果正项级数收敛,记该级数的和为,则对充分大的整数,考虑
当时,由于,故
恒成立。当时,选择充分大的使得
成立即可。于是由Weierstrass判别法知收敛,这里的可以取任意实数,所以(A)选项错误。
定理 13.1.2 (Abel-Dini定理)
-
(1)
-
设正项级数收敛,则级数收敛的充要条件是,其中为级数的第个余式和,即。
-
(2)
-
设正项级数发散,则级数收敛的充要条件是,其中为级数的第个部分和,即。
证明
(1) 对于收敛级数,单调递减且趋于。
当时,单调递减,故有
故级数收敛。
当时,考虑
由于广义积分在时收敛,故令可得级数收敛。
当时,,取使得,则
由Cauchy收敛准则知发散。
当时,单调递增,故有
故级数发散。
综上所述,收敛的充要条件是。取,此时,所以是比收敛得更慢的级数。
(2) 对于发散级数,单调递增且趋于。
当时,考虑
由于广义积分在时收敛,故令可得级数收敛。
当时,,取使得,则
由Cauchy收敛准则知发散。
当时,单调递增,故有
故级数发散。
综上所述,收敛的充要条件是。取,此时,所以是比发散得更慢的级数。
例 13.1.3 (题2,
78%)
单项选择题:幂级数的收敛域为____。
-
(A)
-
-
(B)
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-
(C)
-
-
(D)
-
解
B。由Cauchy判别法可得
故该级数在上绝对收敛。
例 13.1.4 (题3,
96%)
单项选择题:记的和函数为,则 ____。
-
(A)
-
-
(B)
-
-
(C)
-
-
(D)
-
解
D。易知的收敛半径为,在收敛区间上逐项求导可得
因此
例 13.1.5 (题4,
91%)
填空题:设幂级数的和函数是微分方程初值问题
的解,则 ____。
解
将幂级数代入微分方程中可得
对应系数可得
其中由初始条件给出,即
亦即
其中为阶修正Bessel函数。对于本题的答案,计算可得。
例 13.1.6 (题5,
82%)
填空题:设级数在处条件收敛,记的收敛半径为,则的最小值是____。
解
设级数的收敛半径为,则级数只能在收敛边界处条件收敛,故,亦即
对于级数的收敛半径,计算可得
即。
例 13.1.7 (题6,
91%)
单项选择题:函数项级数在上____。
-
(A)
-
绝对收敛且一致收敛
-
(B)
-
绝对收敛但不一致收敛
-
(C)
-
条件收敛且一致收敛
-
(D)
-
条件收敛但不一致收敛
解
A。由Weierstrass判别法可得
故该级数在上绝对收敛且一致收敛。
例 13.1.8 (题7,
65%)
单项选择题:已知幂级数在点处条件收敛,则幂级数在点处____。
-
(A)
-
绝对收敛
-
(B)
-
条件收敛
-
(C)
-
发散
-
(D)
-
不能确定
解
C。参考例12.3.2。
例 13.1.9 (题8)
填空题:设数项级数的和为,则的十进制小数表达中第27至第30位小数数字为____。
解1
参考例12.3.17可解得
计算可得
解2
首先估计余项
暂时忽略的影响,采用Stirling公式可得
两边取对数可得
利用Excel可解得,故只需要计算到,计算可得
计算第27~32位数字之和可得
综上,的十进制小数表达中第27至第30位小数数字为。