高等数学常数项级数的概念和性质介绍.ppt

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* * 北京工业大学 高等数学教程 * 为什么要研究无穷级数 是进行数值计算的有效工具(如计算函数值、 出它的威力. 在自然科学和工程技术中,也常用无穷 无穷级数是数和函数的一种表现形式. 因无穷级数中包含有许多非初等函数, 故它在积分运算和微分方程求解时, 也呈现 如谐波分析等. 造函数值表). 级数来分析问题, * 引例 一人骑车从距家a公里处以每小时b公里的 速度回家. 一只苍蝇以每小时2b公里的速度在 车的前轮和家门之间往返飞行. 问:骑车人到 家时,苍蝇飞行了多少公里. 第一个往返,人与苍蝇通过的路程之和是 2a公里. 苍蝇速度是人的2倍. 所以苍蝇飞行了 公里, 人走了 公里, 距家 公里. * 1 次数 距家 人 苍蝇 2 3 n …… …… * 骑车人走了a公里, 苍蝇速度是人的2倍, 飞了2a公里. * 7.1 常数项级数的概念和性质 第七章 无穷级数 7.1.1 常数项级数的概念 给定一个常数列 称为(常数项)无穷级数, 简称级数. 记为 即 其中第 n项 称为级数的一般项, 或通项. 则表达式 * (常数项)无穷级数 一般项 如 以上均为(常)数项级数. (1) * 这样, 级数(1)对应一个部分和数列: 称无穷级数(1)的 按通常的加法运算一项一项的加下去, 为级数(1)的 无穷级数定义式(1)的含义是什么? 也算不完, 永远 那么如何计算? 前n项之和 第n部分和. 部分和数列可能存在极限,也可能不存在极限. * 定义7.1 级数 的前n 项和 称为级数的部分和. 记为 即 则称级数 收敛, 极限s 称为级数的和, 则称级数 发散. 注: 如果级数发散, 只是形式上的和, 无数值 意义. 如果部分和数列 的极限不存在, * 称为级数的余项. 显然有 当n充分大时, 当级数收敛时, 其部分和 是级数和s的近似值. 误差为 注 常数项级数收敛 (发散). (不存在) 存在 * 解 例 讨论等比级数(又称几何级数) 的收敛性, 其中q 叫做级数的公比. 收敛; 发散; * 发散; 发散. 级数变为 综上所述 重要结论: 例 公比为q的几何级数的和 * 讨论级数 的敛散性. 解 例 因为 为公比的等比级数, 是以 故 级数 收敛. 发散. * 证 因 证明等差级数是发散的. 所以, 该级数发散. 例 形如 的级数称为等差级数, 其中 * 解 例 判定级数 的敛散性. 所以, 该级数收敛, 且其和为1. * 的部分和分别为 则 于是 证 性质1 k是一常数, 所以, 7.1.2 收敛级数的基本性质 如果级数 收敛于s, 并且其和为ks. 则级数 也收敛, 结论: 级数的每一项同乘一个不为零的常数, 敛散性不变. * 性质2 发散. 收敛, 发散, 均发散, 敛散性不确定. 证 极限的性质 即证. 级数的部分和 如果级数 都收敛, 结论: 收敛级数可以逐项相加与逐项相减. * 例 都收敛. 无穷递减等比级数的和 * 性质3 添加或去掉有限项不影响一个级数的敛散性. 性质4 设级数 收敛, 则对其各项任意加括号 所得新级数仍收敛于原级数的和. 证 则 * 四个相关命题: (1)收敛级数加括弧后所成的级数仍收敛. (3)收敛级数去括弧后所成的级数不一定收敛. (2)加括弧后发散的级数,去括弧后仍发散. (4)发散的级数加括弧后不一定发散. 收敛 发散 * 证 性质5 (级数收敛的必要条件) 若级数 收敛, 则 所以 必要条件不充分!!! * (1) 级数收敛的必要条件, 常用判别级数发散; (3) 必要条件不是充分条件. 如调和级数 (2) 也可用于验证数列的极限为“0”; 但级数是否收敛? 发散 注意: 例如, * 发散 重要结论: 所以, 级数发散. 这是不可能的, 假设调和级数收敛, 其和为 s. 于是 因 有 * 两个相关命题: * 例 判别下列级数的敛散性 级数收敛的必要条件 常用判别级数发散. 解题思路 * 解 由于 发散 解 由于 发散 * 解 而级数 所以这个等比级数 发散. 由性质2知, 由性质1知, 发散. 因调和级数 发散, 为公比的等比级数, 是以 收敛. * 为收敛级数, a为非零常数, 试判别级数 的敛散性. 解 因为 收敛, 故

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