题目
设 lambda gt 0, 且 sum _(n=1)^infty ({a)_(n)}^2 收敛,则 sum _(n=1)^infty ((-1))^ndfrac (|{a)_(n)|}(sqrt {{n)^alpha +lambda }} 当 alpha gt 1 时绝对收敛.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查级数的绝对收敛性判断,涉及比较判别法和算术-几何均值不等式的应用,同时需要结合已知条件中的级数收敛性进行推导。
解题核心思路:
- 拆分通项:利用算术-几何均值不等式,将原级数的通项拆分为两个非负项的和,从而将原级数与两个已知收敛的级数进行比较。
- 分项判断收敛性:分别验证拆分后的两个级数的收敛性,结合已知条件和p级数的收敛性得出结论。
破题关键点:
- 正确应用不等式:通过均值不等式将通项转化为可比较的形式。
- 灵活处理分母:当$\alpha > 1$时,分母$n^\alpha + \lambda$的主导项为$n^\alpha$,从而简化收敛性判断。
步骤1:应用算术-几何均值不等式
对任意正数$a$和$b$,有$ab \leq \frac{a^2 + b^2}{2}$。令$a = |a_n|$,$b = \frac{1}{\sqrt{n^\alpha + \lambda}}$,则:
$\frac{|a_n|}{\sqrt{n^\alpha + \lambda}} \leq \frac{1}{2} \left( a_n^2 + \frac{1}{n^\alpha + \lambda} \right)$
步骤2:分项判断收敛性
- 第一项$\sum \frac{1}{2}a_n^2$:
已知$\sum a_n^2$收敛,故$\sum \frac{1}{2}a_n^2$也收敛。 - 第二项$\sum \frac{1}{2(n^\alpha + \lambda)}$:
当$\alpha > 1$时,$n^\alpha + \lambda \geq n^\alpha$,故$\frac{1}{n^\alpha + \lambda} \leq \frac{1}{n^\alpha}$。
由于$\sum \frac{1}{n^\alpha}$为收敛的p级数,因此$\sum \frac{1}{2(n^\alpha + \lambda)}$也收敛。
步骤3:综合结论
原级数的通项绝对值被两个收敛级数的和控制,故原级数$\sum (-1)^n \frac{|a_n|}{\sqrt{n^\alpha + \lambda}}$绝对收敛。