题目
设正项级数 sum_(n=1)^infty a_n,以下哪种审敛法可用于判断该级数的敛散性?A. 比较审敛法B. 比值审敛法C. 根值审敛法D. 以上都可以
设正项级数 $\sum_{n=1}^{\infty} a_n$,以下哪种审敛法可用于判断该级数的敛散性?
A. 比较审敛法
B. 比值审敛法
C. 根值审敛法
D. 以上都可以
题目解答
答案
D. 以上都可以
解析
本题考查正项级数敛散性的审敛法相关知识。解题思路是分别分析每个选项所涉及的审敛法是否适用于正项级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$。
选项A:比较审敛法
比较审敛法是判断正项级数敛散性的常用方法。设 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 和 $\sum_{n = 1}^{\infty} b_n$ 都是正项级数,且存在正整数 $N$,当 $n \geq N$ 时,有 $a_n \leq b_n$。
- 若 $\sum_{n = 1}^{\infty} b_n$ 收敛,则根据正项级数的性质,$\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 也收敛。因为大的级数收敛,小的级数必然收敛。
- 若 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 发散,则 $\sum_{n = 1}^{\infty} b_n$ 也发散。因为小的级数发散,大的级数肯定发散。所以比较审敛法可用于判断正项级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 的敛散性。
选项B:比值审敛法
对于正项级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$,设 $\lim_{n \to \infty} \frac{a_{n + 1}}{a_n} = \rho$。
- 当 $\rho < 1$ 时,根据比值审敛法的理论,存在正整数 $N$,当 $n \geq N$ 时,有 $\frac{a_{n + 1}}{a_n} < 1$,即 $a_{n + 1} < a_n$,此时级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 收敛。
- 当 $\rho > 1$(包括 $\rho = +\infty$)时,存在正整数 $N$,当 $n \geq N$ 时,有 $\frac{a_{n + 1}}{a_n} > 1$,即 $a_{n + 1} > a_n$,那么 $\lim_{n \to \infty} a_n \neq 0$,根据级数收敛的必要条件可知,级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 发散。
- 当 $\rho = 1$ 时,比值审敛法失效,但这并不影响它在 $\rho \neq 1$ 情况下对正项级数敛散性的判断。所以比值审敛法可用于判断正项级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 的敛散性。
选项C:根值审敛法
对于正项级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$,设 $\lim_{n \to \infty} \sqrt[n]{a_n} = \rho$。
- 当 $\rho < 1$ 时,存在正整数 $N$,当 $n \geq N$ 时,有 $\sqrt[n]{a_n} < 1$,即 $a_n < 1$,且可以进一步说明级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 收敛。
- 当 $\rho > 1$(包括 $\rho = +\infty$)时,存在正整数 $N$,当 $n \geq N$ 时,有 $\sqrt[n]{a_n} > 1$,即 $a_n > 1$,那么 $\lim_{n \to \infty} a_n \neq 0$,根据级数收敛的必要条件可知,级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 发散。
- 当 $\rho = 1$ 时,根值审敛法失效,但同样不影响它在 $\rho \neq 1$ 情况下对正项级数敛散性的判断。所以根值审敛法可用于判断正项级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 的敛散性。
综上,比较审敛法、比值审敛法、根值审敛法都可以用于判断正项级数 $\sum_{n = 1}^{\infty} a_n$ 的敛散性。