题目
2.(单选题,7.分) 函数项级数sum_(n=0)^infty(-1)^nx^n=1-x+x^2+(-1)^nx^n+...的收敛域为()A. x∈(-∞,+∞).B. x∈(-1,1).C. x∈[-1,1).D. x∈[-1,1]
2.(单选题,7.分) 函数项级数$\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}x^{n}=1-x+x^{2}+(-1)^{n}x^{n}+\cdots$的收敛域为()
A. x∈(-∞,+∞).
B. x∈(-1,1).
C. x∈[-1,1).
D. x∈[-1,1]
题目解答
答案
B. x∈(-1,1).
解析
本题考查函数项级数收敛域的求解,解题思路是先利用比值判别法求出级数的收敛半径,再判断收敛区间端点处级数的敛散性,进而确定收敛域。
- 求收敛半径$R$:
对于函数项级数$\sum_{n = 0}^{\infty}a_{n}x^{n}$(本题中$a_{n}=(-1)^{n}$),使用比值判别法,计算极限$\lim\limits_{n \to \infty}\left|\frac{a_{n + 1}}{a_{n}}\right|$。
将$a_{n}=(-1)^{n}$,$a_{n + 1}=(-1)^{n + 1}$代入可得:
$\lim\limits_{n \to \infty}\left|\frac{a_{n + 1}}{a_{n}}\right|=\lim\limits_{n \to \infty}\left|\frac{(-1)^{n + 1}}{(-1)^{n}}\right|=\lim\limits_{n \to \infty}\left|-1\right| = 1$
根据收敛半径的计算公式$R = \frac{1}{\lim\limits_{n \to \infty}\left|\frac{a_{n + 1}}{a_{n}}\right|}$,可得收敛半径$R = \frac{1}{1}=1$。
所以,该函数项级数的收敛区间为$(-1,1)$。 - 判断端点处的敛散性:
- 当$x = -1$时,原级数变为$\sum_{n = 0}^{\infty}(-1)^{n}(-1)^{n}=\sum_{n = 0}^{\infty}1$。
根据级数收敛的必要条件,若级数$\sum_{n = 0}^{\infty}u_{n}$收敛,则$\lim\limits_{n \to \infty}u_{n}=0$。
而对于$\sum_{n = 0}^{\infty}1$,$\lim\limits_{n \to \infty}1 = 1\neq 0$,所以该级数在$x = -1$处发散。 - 当$x = 1$时,原级数变为$\sum_{n = 0}^{\infty}(-1)^{n}\times1^{n}=\sum_{n = 0}^{\infty}(-1)^{n}$。
同样根据级数收敛的必要条件,$\lim\limits_{n \to \infty}(-1)^{n}$不存在,所以该级数在$x = 1$处发散。
- 当$x = -1$时,原级数变为$\sum_{n = 0}^{\infty}(-1)^{n}(-1)^{n}=\sum_{n = 0}^{\infty}1$。
综上,函数项级数$\sum_{n = 0}^{\infty}(-1)^{n}x^{n}$的收敛域为$(-1,1)$。