无穷级数
ζ
(
s
)
=
∑
k
=
1
∞
1
k
s
{\displaystyle \zeta (s)=\sum _{k=1}^{\infty }{\frac {1}{k^{s}}}}
无穷级数
極限比較審斂法 是判別级数 斂散性的一種方法。
描述
假设存在两个级数
Σ
n
a
n
{\displaystyle \Sigma _{n}a_{n}}
与
Σ
n
b
n
{\displaystyle \Sigma _{n}b_{n}}
,且对于任意
n
{\displaystyle n}
都有
a
n
,
b
n
≥
0
{\displaystyle a_{n},b_{n}\geq 0}
。
如果
lim
n
→
∞
a
n
b
n
=
c
{\displaystyle \lim _{n\to \infty }{\frac {a_{n}}{b_{n}}}=c}
(
0
<
c
<
∞
{\displaystyle 0<c<\infty }
),那么两级数同时收敛或发散。
证明
对
lim
n
→
∞
a
n
b
n
=
c
{\displaystyle \lim _{n\to \infty }{\frac {a_{n}}{b_{n}}}=c}
,我们知道对于任意
ε
>
0
{\displaystyle \varepsilon >0}
都存在一正整数
n
0
{\displaystyle n_{0}}
使得当
n
≥
n
0
{\displaystyle n\geq n_{0}}
时有
|
a
n
b
n
−
c
|
<
ε
{\displaystyle \left|{\frac {a_{n}}{b_{n}}}-c\right|<\varepsilon }
,等价于
−
ε
<
a
n
b
n
−
c
<
ε
{\displaystyle -\varepsilon <{\frac {a_{n}}{b_{n}}}-c<\varepsilon }
c
−
ε
<
a
n
b
n
<
c
+
ε
{\displaystyle c-\varepsilon <{\frac {a_{n}}{b_{n}}}<c+\varepsilon }
(
c
−
ε
)
b
n
<
a
n
<
(
c
+
ε
)
b
n
{\displaystyle (c-\varepsilon )b_{n}<a_{n}<(c+\varepsilon )b_{n}}
由于
c
>
0
{\displaystyle c>0}
,我们可以让
ε
{\displaystyle \varepsilon }
足够小使得
c
−
ε
{\displaystyle c-\varepsilon }
为正。
因此
b
n
<
1
c
−
ε
a
n
{\displaystyle b_{n}<{\frac {1}{c-\varepsilon }}a_{n}}
,根据比较审敛法 ,如果
∑
n
a
n
{\displaystyle \sum _{n}a_{n}}
收敛,则
∑
n
b
n
{\displaystyle \sum _{n}b_{n}}
同样收敛。
类似地,
a
n
<
(
c
+
ε
)
b
n
{\displaystyle a_{n}<(c+\varepsilon )b_{n}}
,如果
∑
n
b
n
{\displaystyle \sum _{n}b_{n}}
收敛,根据比较审敛法,
∑
n
a
n
{\displaystyle \sum _{n}a_{n}}
亦收敛。
因此二者同时收敛或发散。
例子
判断
∑
n
=
1
∞
1
n
2
+
2
n
{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}+2n}}}
是否收敛。我们将其与收敛级数
∑
n
=
1
∞
1
n
2
=
π
2
6
{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}}}={\frac {\pi ^{2}}{6}}}
进行比较。
由于
lim
n
→
∞
1
n
2
+
2
n
n
2
1
=
1
>
0
{\displaystyle \lim _{n\to \infty }{\frac {1}{n^{2}+2n}}{\frac {n^{2}}{1}}=1>0}
,我们可以得出原级数收敛。
参见
参考来源
Rinaldo B. Schinazi: From Calculus to Analysis . Springer, 2011, ISBN 9780817682897 , pp. 50 (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 )
Michele Longo and Vincenzo Valori: The Comparison Test: Not Just for Nonnegative Series . Mathematics Magazine, Vol. 79, No. 3 (Jun., 2006), pp. 205–210 (JSTOR (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ))
J. Marshall Ash: The Limit Comparison Test Needs Positivity . Mathematics Magazine, Vol. 85, No. 5 (December 2012), pp. 374–375 (JSTOR (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ))
外部链接