一道基于积分估计的级数题的试解

探讨了正项级数的收敛性质,通过设定条件an−an+1≥βan2−α,证明了an单调递减趋于0,且α≤1。进一步,证明了级数∑an<+∞,并分析了级数尾部行为。

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此题系中科大2016年分析与代数科目的考研题,由一位爱喝蓝胖子的网友向我提问…个人试解如下
ProblemProblemProblem
∑n=1∞an\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}a_{n}n=1an为正项级数,如果存在α\alphaαβ>0,\beta>0,β>0,使得an−an+1≥βan2−αa_{n}-a_{n+1}\geq \beta a_{n}^{2-\alpha}anan+1βan2α,证明:
(1).an(1).a_n(1).an单调递减趋于000,且α≤1\alpha\leq 1α1.
(2).∑n=1∞an&lt;+∞(2).\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}a_{n}&lt;+\infty(2).n=1an<+,且∑n=N∞an=O(aNα),N→∞\displaystyle\sum_{n=N}^{\infty}a_{n}=O(a_{N}^{\alpha}),N\to\inftyn=Nan=O(aNα),N.
ProofProofProof
(1)
首先容易判断出limn→∞an=a&gt;0\underset{n\to\infty}{lim}a_n=a&gt;0nliman=a>0存在且ana_nan严格单调递减

(i)(i)(i)α≥2\alpha\geq 2α2,则an2−α≥a12−αa_{n}^{2-\alpha}\geq a_{1}^{2-\alpha}an2αa12α(∀n∈z+\forall n\in \mathbb{z}^+nz+)
从而a1=∑n=1∞(an−an+1)+aa_1=\sum_{n=1}^{\infty}(a_n-a_{n+1})+aa1=n=1(anan+1)+a≥nβa12−α+a→+∞(n→+∞)\geq n\beta a_1^{2-\alpha}+a\to +\infty(n\to +\infty)nβa12α+a+(n+)

(ii)(ii)(ii)1&lt;α&lt;21&lt;\alpha&lt;21<α<2,则
\qquadan−an+1an2−α≥β\frac{a_{n}-a_{n+1}}{a_{n}^{2-\alpha}}\geq \betaan2αanan+1β⇒∫an+1an1x2−αdx≥β\Rightarrow \int_{a_{n+1}}^{a_{n}}\frac{1}{x^{2-\alpha}}dx\geq \betaan+1anx2α1dxβ(∀n∈Z+)(\forall n\in \mathbb{Z}^+)(nZ+)
\qquad\qquad\qquad\quad ⇒∫an+1a11x2−αdx≥nβ\Rightarrow \int_{a_{n+1}}^{a_{1}}\frac{1}{x^{2-\alpha}}dx\geq n\betaan+1a1x2α1dxnβ→+∞(n→+∞)\to +\infty(n\to +\infty)+(n+)

综上知0&lt;α≤10&lt;\alpha\leq 10<α1.此时
0≤lim⁡n→∞βan2−α≤lim⁡n→∞(an−an+1)=0 0\le \underset{n\rightarrow \infty}{\lim}\beta a_{n}^{2-\alpha}\le \underset{n\rightarrow \infty}{\lim}\left( a_n-a_{n+1} \right) =0 0nlimβan2αnlim(anan+1)=0

(2)(2)(2)
(1)(1)(1)an−an+1an1−α≥βan\frac{a_n-a_{n+1}}{a_n^{1-\alpha}}\geq \beta a_nan1αanan+1βan⇒\Rightarrow∫an+1an1x1−αdx≥βan\int_{a_{n+1}}^{a_{n}}\frac{1}{x^{1-\alpha}}dx\geq \beta a_{n}an+1anx1α1dxβan(∀n∈Z+)(∗)(\forall n\in \mathbb{Z}^+)\qquad (*)(nZ+)()
\qquad\qquad\qquad\qquad\quad ⇒\Rightarrow∫an+1a11x1−αdx≥β∑k=1nan\int_{a_{n+1}}^{a_1}{\frac{1}{x^{1-\alpha}}}dx\ge \beta \displaystyle\sum_{k=1}^n{a_n}an+1a1x1α1dxβk=1nan
n→∞n\to\inftyn,即知∑an&lt;+∞\sum a_n &lt; +\inftyan<+
α=1\alpha=1α=1时,an−an+1≥βan(n≥N)a_{n}-a_{n+1}\geq \beta a_{n}\qquad (n\geq N)anan+1βan(nN)
aN=∑n=N+∞(an−an+1)≥β∑n=N∞ana_{N}=\displaystyle\sum_{n=N}^{+\infty}(a_n-a_{n+1})\geq \beta\sum_{n=N}^{\infty}a_{n}aN=n=N+(anan+1)βn=Nan
∑n=N∞an=O(aN)\displaystyle\sum_{n=N}^{\infty}a_{n}=O(a_{N})n=Nan=O(aN)
α≠1\alpha\ne1α̸=1时,注意(∗)(*)()式,有
1αaNα=∫0aN1x1−αdx≥β∑n=N∞an\frac{1}{\alpha}a_{N}^{\alpha}=\int_{0}^{a_{N}}\frac{1}{x^{1-\alpha}}dx\geq \beta\sum_{n=N}^{\infty}a_{n}α1aNα=0aNx1α1dxβn=Nan∑n=N∞an=O(aNα)\displaystyle\sum_{n=N}^{\infty}a_{n}=O(a^{\alpha}_{N})n=Nan=O(aNα)

内容概要:本文深入探讨了Kotlin语言在函数式编程和跨平台开发方面的特性和优势,结合详细的代码案例,展示了Kotlin的核心技巧和应用场景。文章首先介绍了高阶函数和Lambda表达式的使用释了它们如何简化集合操作和回调函数处理。接着,详细讲了Kotlin Multiplatform(KMP)的实现方式,包括共享模块的创建和平台特定模块的配置,展示了如何通过共享业务逻辑代码提高开发效率。最后,文章总结了Kotlin在Android开发、跨平台移动开发、后端开发和Web开发中的应用场景,并展望了其未来发展趋势,指出Kotlin将继续在函数式编程和跨平台开发领域不断完善和发展。; 适合人群:对函数式编程和跨平台开发感兴趣的开发者,尤其是有一定编程基础的Kotlin初学者和中级开发者。; 使用场景及目标:①理Kotlin中高阶函数和Lambda表达式的使用方法及其在实际开发中的应用场景;②掌握Kotlin Multiplatform的实现方式,能够在多个平台上共享业务逻辑代码,提高开发效率;③了Kotlin在不同开发领域的应用场景,为选择合适的技术栈提供参考。; 其他说明:本文不仅提供了理论知识,还结合了大量代码案例,帮助读者更好地理和实践Kotlin的函数式编程特性和跨平台开发能力。建议读者在学习过程中动手实践代码案例,以加深理和掌握。
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