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数学
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.

题目解答

答案

B. 充分非必要条件.

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:

  1. 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。
  2. 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

  1. 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。
  2. 有界性:若$S_n$有界,则由单调有界定理,$S_n$收敛。
  3. 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

  1. 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。
  2. 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。

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