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收斂級數

鎖定
收斂級數(convergent series)是柯西於1821年引進的,它是指部分和序列的極限存在的級數。收斂級數分條件收斂級數絕對收斂級數兩大類,其性質與有限和(有限項相加)相比有本質的差別,例如交換律和結合律對它不一定成立。收斂級數的基本性質主要有:級數的每一項同乘一個不為零的常數後,它的收斂性不變;兩個收斂級數逐項相加或逐項相減之後仍為收斂級數;在級數前面加上有限項,不會改變級數的收斂性;原級數收斂,對此級數的項任意加括號後所得的級數依然收斂;級數收斂的必要條件為級數通項的極限為0。
中文名
收斂級數
外文名
Convergent series
提出者
柯西
提出時間
1821年
分    類
收斂級數和絕對收斂級數
必要條件
通項的極限為0

收斂級數預備知識

數項級數的定義
給定一個數列
,對它的各項依次用“+”號連接起來的表達式 “
” 稱為數項級數,或稱為無窮級數,也可以簡稱為級數,其中
稱為數項級數的通項。
上述數項級數常寫作:
,或者簡單記作
[1] 
數項級數的前n項和
數項級數的前 n 項和記作
,且有
[1] 
部分和數列
稱數列
,即數列
為數項級數
的部分和數列。 [1] 

收斂級數定義

若數項級數
的部分和數列
收斂於
(即
),則稱數項級數
收斂,即
為收斂級數,且稱
為數項級數
的和,記作
[1] 
收斂級數分條件收斂級數絕對收斂級數兩大類,其性質與有限和(有限項相加)相比有本質的差別,例如交換律和結合律對它不一定成立,收斂級數概念是柯西於1821年引進的。

收斂級數基本性質

收斂級數性質1

設 k 為常數,如果級數
收斂於
,則級數
也收斂,且收斂於
證明:設級數
的部分和分別為
則有
於是
,這就表明級數
也收斂,且收斂於
注:由關係式
可知,如果數列
沒有極限且
,那麼
也沒有極限。由此我們得到結論:級數的每一項同乘一個不為零的常數後,它的收斂性不變。 [2] 

收斂級數性質2

如果級數
分別收斂於
,則級數
也收斂,且收斂到
證明:設級數
的部分和分別為
則級數
的部分和為
於是
,這就表明了級數
收斂,且收斂於
注意:性質2説明,兩個收斂級數逐項相加或逐項相減之後仍為收斂級數。 [2] 

收斂級數性質3

在級數中去掉、加上或改變有限項,不會改變級數的收斂性。
證明:我們只需證明“在級數的前面部分去掉、加上有限項,不會改變級數的收斂性”,因為其他情形(即在級數中去掉、加上或改變有限項的情形)都可以看成在級數的前面部分先去掉有限項,然後再加上有限項的結果。
以去掉k項為例,設級數為
去掉前 k 項,得到新的級數
記原級數前 k+n 項的和為
,前 k 項和為
,去掉前 k 項得到的新級數的前 n 項和為
則有
易得當
時,
同時有極限,或者同時沒有極限,
即級數
同時收斂或同時發散。
類似的,可以證明在級數前面加上有限項,不會改變級數的收斂性。 [2] 
在級數中去掉、加上或改變有限項,不會改變級數的收斂性。比如我改變的是u1,u3,u5,u7,……,u999,u1001,可以看成去掉了從u1,u2,u3,……,u999,u1000,u1001這1001項,然後添加了u1,u3,u5,u7,……,u9999,u1001。級數的收斂性並沒有發生改變。

收斂級數性質4

若級數
收斂,則對此級數的項任意加括號後所得的級數
仍然收斂,且其和不變。
證明:設級數
的前 n 項部分和
,加括號後所成的級數的前 k 項的和為
,則有:
...
可見,數列
是數列
的一個子數列。由數列
的收斂性以及收斂子列與其子列的關係可知:數列
必定收斂,且有
。這説明了加括號後所成的級數收斂,且其和不變。
注意:如果加括號後所成的級數發散,則原級數也發散。 [2] 

收斂級數性質5

如果級數收斂,則必有
[3] 

收斂級數級數收斂性

等比級數(幾何級數)
等比級數 :
(1)當
時,
收斂,且收斂於
(2)當
時,
發散。 [4] 
p級數
p級數:
(1)當 p>1 時,
收斂;
(2)當 p ≤1時,
發散。 [4] 
參考資料
  • 1.    華東師範大學數學系編.數學分析 下冊(第三版).北京:高等教育出版社,2011:1-6
  • 2.    北京郵電大學世紀學院數理教研室編.高等數學 下第2版.北京:北京郵電大學出版社,2015:198-200
  • 3.    陳啓浩編著 .2016考研數學(一)典型題660 .北京:機械工業出版社,2015:251-251
  • 4.    陳啓浩編著 .2016考研數學(三)典型題660 .北京:機械工業出版社,2015:176-176