技巧 1:先看 “通项的极限”—— 必要条件
如果一个级数 \(\sum_{n=1}^{\infty} a_n\) 收敛,那么它的通项 \(a_n\) 必须满足:当 n 无限大时,\(a_n\) 趋近于 0(即 \(\lim_{n \to \infty} a_n = 0\))。
大白话:如果加到后面,每一项都不靠近 0(比如 “1+1+1+...”,通项始终是 1;或者 “1+2+3+4+...”,通项越来越大),那这个级数肯定发散。
但注意:这只是 “必要条件”,不是 “充分条件”。比如调和级数 \(\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n} = 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{4} + ...\),它的通项 \(\frac{1}{n}\) 确实趋近于 0,但整个级数是发散的(加无限多项会无限大,只是长得慢)。
技巧 2:几何级数 ——“公比” 定生死
几何级数是最常见的级数,形式是 \(\sum_{n=0}^{\infty} ar^n = a + ar + ar^2 + ar^3 + ...\)(a 是常数,r 叫 “公比”,即后一项是前一项的 r 倍)。
它的收敛性特别简单:
- 如果 \(|r| < 1\)(公比绝对值小于 1),级数收敛,和为 \(\frac{a}{1 - r}\);
- 如果 \(|r| \geq 1\),级数发散。
例子:
- 级数 \(1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + ...\) 是几何级数,a=1,r=1/2(|r|<1),所以收敛,和为 \(\frac{1}{1 - 1/2} = 2\)(和我们模块一算的一致);
- 级数 \(1 + 2 + 4 + 8 + ...\),r=2(|r|>1),发散;
- 级数 \(1 - 1 + 1 - 1 + ...\),r=-1(|r|=1),发散(来回震荡)。
技巧 3:正项级数可以 “比大小”—— 比较判别法
如果级数的每一项都是正数(正项级数),可以找一个 “已知收敛 / 发散的级数” 和它比较:
- 若你的级数每一项都比 “已知收敛的级数” 小,那么你的级数也收敛;
- 若你的级数每一项都比 “已知发散的级数” 大,那么你的级数也发散。
例子: 判断 \(\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n^2} = 1 + \frac{1}{4} + \frac{1}{9} + \frac{1}{16} + ...\) 是否收敛。 我们知道几何级数 \(\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{2^n}\) 是收敛的(r=1/2<1)。 比较两者的项:当 n≥2 时,\(\frac{1}{n^2} < \frac{1}{2^n}\)(比如 n=2 时,1/4=1/4;n=3 时,1/9≈0.11 < 1/8=0.125,越来越明显),所以 \(\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n^2}\) 收敛(实际它的和是 \(\pi^2/6\),约 1.645)。
总结:判断收敛 / 发散,先看 “通项是否趋近于 0”(不趋近则必发散);几何级数看 “公比绝对值是否小于 1”;正项级数可以和已知的级数 “比大小”。
评论 (0)
暂无评论,成为第一个评论的人吧!
发表评论