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111 學年度台聯大微積分 A2 乙部第 1(1) 題

考題 / 轉學考微積分 / 台聯大 / 微積分A2

111學年度 · 111台聯大微積分A2 · 第 9 題

題目

Problem

  1. Determine if the series converges or diverges.

    (1) n=0(ln(4en1)ln(2en+1))\displaystyle\sum_{n=0}^\infty (\ln(4e^n - 1) - \ln(2e^n + 1)). (6%)

解答

解法一:發散審斂法

思路

展開
  1. 級數一般項為 an=ln(4en1)ln(2en+1)a_n = \ln(4e^n - 1) - \ln(2e^n + 1)
  2. 利用對數性質將一般項化簡為單一對數分式: an=ln(4en12en+1)a_n = \ln\left( \frac{4e^n - 1}{2e^n + 1} \right)
  3. 計算當 nn \to \infty 時一般項的極限值 limnan\lim_{n\to\infty} a_n
  4. 若此極限不為 00,則級數由發散審斂法 (Test for Divergence) 判定發散。

答題過程

展開

將級數的一般項化簡:

an=ln(4en1)ln(2en+1)=ln(4en12en+1)a_n = \ln(4e^n - 1) - \ln(2e^n + 1) = \ln\left( \frac{4e^n - 1}{2e^n + 1} \right)

nn \to \infty 時,計算此項的極限:

limnan=limnln(4en12en+1)\lim_{n\to\infty} a_n = \lim_{n\to\infty} \ln\left( \frac{4e^n - 1}{2e^n + 1} \right)

因為對數函數在定義域內為連續函數,可將極限移入對數運算內部:

limnan=ln(limn4en12en+1)\lim_{n\to\infty} a_n = \ln\left( \lim_{n\to\infty} \frac{4e^n - 1}{2e^n + 1} \right)

將分式的分子與分母同除以 ene^n

=ln(limn4en2+en)=ln(402+0)=ln(2)= \ln\left( \lim_{n\to\infty} \frac{4 - e^{-n}}{2 + e^{-n}} \right) = \ln\left( \frac{4 - 0}{2 + 0} \right) = \ln(2)

因為:

limnan=ln20\lim_{n\to\infty} a_n = \ln 2 \neq 0

根據發散審斂法(Test for Divergence),若級數的一般項極限不收斂於 00,則該無窮級數必發散。

故此級數發散