題目
Problem
3. Determine whether the series is convergent or divergent.
(a) (10%) n=1∑∞(1−2n1)3nlnn.
(b) (10%) n=3∑∞n1+1/n1.
解答
(a)
解法一
思路
展開
一般項含有底數趨近於 1、指數趨近於 ∞ 的冪次,是 1∞ 型。標準做法是取對數,分析 lnan=3nlnn⋅ln(1−2n1) 的行為。利用 ln(1−x)≤−x,可以估算出 an≤n−3/2——這正是收斂的 p-級數(p=3/2>1),因此用比較審斂法得出原級數收斂。
答題過程
展開
令 an=(1−2n1)3nlnn,取對數:
lnan=3nlnn⋅ln(1−2n1)
利用 ln(1−x)≤−x 對所有 x∈(0,1) 成立,故:
lnan≤3nlnn⋅(−2n1)=−23lnn
因此:
0<an≤e−23lnn=n−3/2=n3/21
由於 n=1∑∞n3/21 是 p-級數(p=3/2>1)收斂,由比較審斂法,原級數 n=1∑∞an 亦收斂。
(b)
解法一
思路
展開
一般項為 n1+1/n1,當 n 很大時,n1/n→1,整個項的行為趨近 n1(調和級數)。用極限比較審斂法,以 bn=n1 作為比較對象,若比值極限為正有限值,則與調和級數同斂散(即發散)。
答題過程
展開
取 bn=n1(調和級數),計算極限比:
n→∞limbnan=n→∞limn1n1+1/n1=n→∞limn1/n1
計算 limn→∞n1/n,取對數:
n→∞limnlnn=Ln→∞limn1=0⟹n→∞limn1/n=e0=1
因此 n→∞limbnan=1>0。
由極限比較審斂法,∑an 與調和級數 ∑n1(p=1,發散)同斂散,故原級數發散。
易錯提醒
指數 1+1/n 雖然比 1 大,但趨近速度太慢——p-判準的「p>1 才收斂」是針對常數 p。若 p 隨 n 變動、趨向 1,就不能直接套用。