题目
3.级数sum_(n=1)^infty((1)/(sqrt(n))-(1)/(sqrt(n+1)))sin(n+k)(k为常数)( )A. 发散B. 条件收敛C. 绝对收敛D. 收敛性与k有关
3.级数$\sum_{n=1}^{\infty}(\frac{1}{\sqrt{n}}-\frac{1}{\sqrt{n+1}})\sin(n+k)(k为常数)$( )
A. 发散
B. 条件收敛
C. 绝对收敛
D. 收敛性与k有关
题目解答
答案
C. 绝对收敛
解析
考查要点:本题主要考查级数的收敛性判断,涉及绝对收敛与条件收敛的判定方法,以及比较判别法和狄利克雷判别法的应用。
解题核心思路:
- 分析通项结构:将通项拆分为系数部分和三角函数部分,分别分析其性质。
- 近似展开系数:对系数 $\frac{1}{\sqrt{n}} - \frac{1}{\sqrt{n+1}}$ 进行泰勒展开,简化为 $O\left(\frac{1}{n^{3/2}}\right)$。
- 绝对收敛性判断:通过比较判别法,证明绝对值级数收敛。
- 原级数收敛性验证:利用狄利克雷判别法,结合三角函数部分和的有界性,确认原级数收敛。
破题关键点:
- 系数近似:将系数转化为可比较的 $p$-级数形式。
- 绝对值比较:通过 $| \sin(n+k) | \leq 1$ 简化绝对值级数的比较。
- 狄利克雷条件验证:确认系数单调递减至零,三角函数部分和有界。
步骤1:分析通项结构
通项为:
$a_n = \left( \frac{1}{\sqrt{n}} - \frac{1}{\sqrt{n+1}} \right) \sin(n+k)$
对系数部分 $\frac{1}{\sqrt{n}} - \frac{1}{\sqrt{n+1}}$ 进行泰勒展开:
$\frac{1}{\sqrt{n+1}} = \frac{1}{\sqrt{n} \sqrt{1 + \frac{1}{n}}} \approx \frac{1}{\sqrt{n}} \left( 1 - \frac{1}{2n} + \cdots \right)$
因此:
$\frac{1}{\sqrt{n}} - \frac{1}{\sqrt{n+1}} \approx \frac{1}{2n^{3/2}} \quad (\text{当 } n \text{ 较大时})$
步骤2:判断绝对收敛性
取绝对值:
$|a_n| \approx \left| \frac{\sin(n+k)}{2n^{3/2}} \right| \leq \frac{1}{2n^{3/2}}$
比较级数 $\sum \frac{1}{2n^{3/2}}$,因 $p = \frac{3}{2} > 1$,由比较判别法知 $\sum |a_n|$ 收敛,故原级数绝对收敛。
步骤3:验证原级数收敛性(狄利克雷判别法)
- 系数部分:$\frac{1}{2n^{3/2}}$ 单调递减且趋于 $0$。
- 三角函数部分:$\sum_{n=1}^N \sin(n+k)$ 的部分和有界(利用三角级数求和公式)。
由狄利克雷判别法,原级数收敛。