chapter 9 series

探讨了函数无穷小的概念,分析了不同级数的收敛性质,包括正项级数的收敛判别、绝对收敛条件及特殊级数的收敛性验证。

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chapter 9 series

Positive series

9.1
f(x)=∫0sinxsin(t2)dt,g(x)=∑n=1∞x2n+1nn+2,则x→0时,f(x)是g(x)的()无穷小解:f(x)=∫0sinxsin(t2)dt∼∫0xt2dt=23x3x→0,g(x)=13x3+o(x3)∼13x3,所以f(x)是g(x)的等价无穷小 f(x)=\int_0^{sinx}sin(t^2)dt, g(x)=\sum_{n=1}^\infty \frac{x^{2n+1}}{n^n+2},则x\rightarrow0时,f(x)是g(x)的()无穷小 \\解:f(x)=\int_0^{sinx}sin(t^2)dt\sim\int_0^xt^2dt=\frac{2}{3}x^3\\x\rightarrow0,g(x)=\frac{1}{3}x^3+o(x^3)\sim \frac{1}{3}x^3,所以f(x)是g(x)的等价无穷小 f(x)=0sinxsin(t2)dt,g(x)=n=1nn+2x2n+1,x0f(x)g(x)f(x)=0sinxsin(t2)dt0xt2dt=32x3x0,g(x)=31x3+o(x3)31x3,f(x)g(x)
9.2
正向级数∑n=1∞an收敛,正向级数∑n=1∞bn发散,则∑n=1∞anbn必发散∑n=1∞an2必收敛∑n=1∞anbn必收敛∑n=1∞bn2必发散 正向级数 \sum_{n=1}^\infty a_n 收敛,正向级数\sum_{n=1}^\infty b_n发散,则\\ \sum_{n=1}^\infty a_nb_n 必发散\\ \sum_{n=1}^\infty a_n^2 必收敛\\ \sum_{n=1}^\infty a_nb_n 必收敛\\ \sum_{n=1}^\infty b_n^2 必发散 n=1ann=1bnn=1anbnn=1an2n=1anbnn=1bn2
9.3
当∑n=1∞an2、∑n=1∞bn2都收敛则∑n=1∞anbn绝对收敛 当\sum_{n=1}^\infty a_n^2、 \sum_{n=1}^\infty b_n^2 都收敛则 \sum_{n=1}^\infty a_nb_n 绝对收敛\\ n=1an2n=1bn2n=1anbn
9.4
(1)∑n=1∞(n3n+2)n解:lim⁡n→∞unn=lim⁡n→∞n3n+2=13<1,收敛(2)∑n=1∞∫01nx1+x2dx解:∫01nx1+x2dx<∫01nxdx=231n32,p=32>1,收敛(3)∑n=1∞n+13−n3解:n3(n+13−1)∼n3⋅13⋅1n,p<1,发散另解,由拉格朗日中值定理,n+13−n3=13ξ−23⋅1∼13n−23,p=23<1,发散 (1)\sum_{n=1}^\infty(\frac{n}{3n+2})^n \\ 解:\lim_{n\rightarrow\infty}\sqrt[n]u_n=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{n}{3n+2}=\frac{1}{3}<1,收敛\\ (2) \sum_{n=1}^\infty\int_0^\frac{1}{n}\frac{\sqrt{x}}{1+x^2}dx\\ 解:\int_0^\frac{1}{n}\frac{\sqrt{x}}{1+x^2}dx <\int_0^\frac{1}{n}\sqrt{x}dx=\frac{2}{3}\frac{1}{n^{\frac{3}{2}}},p=\frac{3}{2}>1,收敛\\ (3)\sum_{n=1}^\infty\sqrt[3]{n+1}-\sqrt[3]{n}\\ 解:\sqrt[3]{n}(\sqrt[3]{n+1}-1)\sim\sqrt[3]{n}\cdot\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{n},p<1,发散\\ 另解,由拉格朗日中值定理,\sqrt[3]{n+1}-\sqrt[3]{n}=\frac{1}{3}\xi^{-\frac{2}{3}}\cdot1\sim\frac{1}{3}n^{-\frac{2}{3}},p=\frac{2}{3}<1,发散 (1)n=1(3n+2n)nnlimnun=nlim3n+2n=31<1,(2)n=10n11+x2xdx0n11+x2xdx<0n1xdx=32n231,p=23>1,(3)n=13n+13n3n(3n+11)3n31n1,p<1,3n+13n=31ξ32131n32,p=32<1
9.5
∑n=1∞∫nπnsin⁡x1+xdx解:∑n=1∞∫nπnsin⁡x1+xdx≤∑n=1∞∫nπn11+xdx=ln⁡(1+πn),发散,但说明不了问题因为大的发散,小的不知道∑n=1∞∫nπnsin⁡x1+xdx≤∑n=1∞∫nπnx1+xdx≤∑n=1∞∫nπnxdx∫nπnxdx=π22n2,p=2>1,收敛,原级数收敛 \sum_{n=1}^\infty\int_n^\frac{\pi}{n}\frac{\sin x}{1+x}dx \\ 解:\sum_{n=1}^\infty\int_n^\frac{\pi}{n}\frac{\sin x}{1+x}dx \leq\sum_{n=1}^\infty\int_n^\frac{\pi}{n}\frac{1}{1+x}dx =\ln (1+\frac{\pi}{n}),发散,但说明不了问题\\因为大的发散,小的不知道\\ \sum_{n=1}^\infty\int_n^\frac{\pi}{n}\frac{\sin x}{1+x}dx \leq\sum_{n=1}^\infty\int_n^\frac{\pi}{n}\frac{x}{1+x}dx \leq\sum_{n=1}^\infty\int_n^\frac{\pi}{n}xdx \\ \int_n^\frac{\pi}{n}xdx =\frac{\pi^2}{2n^2},p=2>1 ,收敛,原级数收敛 n=1nnπ1+xsinxdxn=1nnπ1+xsinxdxn=1nnπ1+x1dx=ln(1+nπ),n=1nnπ1+xsinxdxn=1nnπ1+xxdxn=1nnπxdxnnπxdx=2n2π2,p=2>1

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