题目
(3)设a_(n)>0(n=1,2,...),S_(n)=a_(1)+a_(2)+...+a_(n),则数列S_(n)有界是数列a_(n)收敛的 (A.)充分必要条件. (B.)充分非必要条件. (C.)必要非充分条件. (D.)既非充分也非必要条件.
(3)设$a_{n}>0(n=1,2,\cdots),S_{n}=a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n}$,则数列$S_{n}$有界是数列$a_{n}$收敛的 (
A.)充分必要条件. (
B.)充分非必要条件. (
C.)必要非充分条件. (
D.)既非充分也非必要条件.
A.)充分必要条件. (
B.)充分非必要条件. (
C.)必要非充分条件. (
D.)既非充分也非必要条件.
题目解答
答案
**答案:B**
**解析:**
1. **充分性:**
若数列 $ \{S_n\} $ 有界,因 $ a_n > 0 $,则 $ \{S_n\} $ 单调递增。由单调有界数列收敛定理,$ \{S_n\} $ 收敛。设 $ \lim_{n \to \infty} S_n = S $,则
\[
\lim_{n \to \infty} a_n = \lim_{n \to \infty} (S_n - S_{n-1}) = S - S = 0,
\]
故 $ \{a_n\} $ 收敛。
2. **必要性:**
若 $ \{a_n\} $ 收敛,设 $ \lim_{n \to \infty} a_n = a $。
- 当 $ a \neq 0 $ 时,$ S_n $ 无界(如 $ a_n = 1 $,则 $ S_n = n $)。
- 当 $ a = 0 $ 时,$ S_n $ 仍可能无界(如调和级数 $ a_n = \frac{1}{n} $)。
因此,必要性不成立。
**答案:B**
解析
考查要点:本题主要考查级数收敛性与数列收敛性的关系,涉及单调有界定理和级数收敛的必要条件。
解题核心思路:
- 充分性:若部分和数列$S_n$有界,则由$a_n>0$可知$S_n$单调递增,结合单调有界定理可得$S_n$收敛,从而$a_n=S_n-S_{n-1}$趋于$0$,即$a_n$收敛。
- 必要性:若$a_n$收敛,其极限可能为非零常数或$0$。若极限非零,则$S_n$必然无界;若极限为$0$,$S_n$仍可能无界(如调和级数)。因此必要性不成立。
破题关键:明确部分和数列有界与通项收敛之间的蕴含关系,特别注意通项趋于$0$是级数收敛的必要但不充分条件。
充分性证明
- 单调性:由$a_n>0$,得$S_{n}=S_{n-1}+a_n > S_{n-1}$,即$S_n$单调递增。
- 有界性:若$S_n$有界,则由单调有界定理,$S_n$收敛。
- 通项收敛:设$\lim_{n \to \infty} S_n = S$,则:
$\lim_{n \to \infty} a_n = \lim_{n \to \infty} (S_n - S_{n-1}) = S - S = 0.$
因此$a_n$收敛。
必要性反例
- 极限非零:若$\lim_{n \to \infty} a_n = a \neq 0$,则存在$N$使得当$n>N$时,$a_n > a/2$,此时$S_n \geq S_N + (a/2)(n-N) \to +\infty$,即$S_n$无界。
- 极限为零:若$\lim_{n \to \infty} a_n = 0$,但$S_n$仍可能无界。例如$a_n = \frac{1}{n}$,此时$\lim_{n \to \infty} a_n = 0$,但$S_n$为调和级数发散,无界。