题目
求幂级数sum _(n=1)^infty ((-1))^n-1dfrac ({x)^n}(n)-|||-__的收敛半径和收敛域
求幂级数
的收敛半径和收敛域
题目解答
答案
解:设
,所以级数的收敛半径为
........2分
,
,此交错级数收敛 ............4分
,
,此级数发散,因此收敛域为 (-1, 1] ..........6分
解析
考查要点:本题主要考查幂级数的收敛半径和收敛域的求解方法,涉及比值法、交错级数判别法以及调和级数的发散性。
解题核心思路:
- 收敛半径:利用比值法求极限确定收敛半径;
- 收敛域端点判断:分别代入$x=1$和$x=-1$,通过交错级数判别法和调和级数的发散性判断端点是否收敛。
破题关键点:
- 比值法中正确计算系数比的极限;
- 端点收敛性需结合具体级数形式进行判断。
求收敛半径
设幂级数的通项为$a_n = (-1)^{n-1} \dfrac{x^n}{n}$,根据比值法:
$\rho = \lim_{n \to \infty} \left| \dfrac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \dfrac{\dfrac{1}{n+1}}{\dfrac{1}{n}} = \lim_{n \to \infty} \dfrac{n}{n+1} = 1$
因此,收敛半径为:
$r = \dfrac{1}{\rho} = 1$
判断收敛域端点
-
当$x=1$时,级数变为:
$\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1} \dfrac{1}{n}$
该级数为交错级数,且$\dfrac{1}{n}$单调递减趋于$0$,根据莱布尼茨判别法,级数收敛。 -
当$x=-1$时,级数变为:
$\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1} \dfrac{(-1)^n}{n} = \sum_{n=1}^{\infty} \dfrac{-1}{n}$
该级数为调和级数的相反数,因$\sum \dfrac{1}{n}$发散,故此级数发散。
结论:收敛域为$(-1, 1]$。