题目
判断:对于级数sum_(n=1)^infty u_n,若lim_(n to infty) | (u_(n+1))/(u_n) | = rho > 1,则级数sum_(n=1)^infty u_n发散. ()A. 对B. 错
判断:对于级数$\sum_{n=1}^{\infty} u_n$,若$\lim_{n \to \infty} \left| \frac{u_{n+1}}{u_n} \right| = \rho > 1$,则级数$\sum_{n=1}^{\infty} u_n$发散. ()
A. 对
B. 错
题目解答
答案
A. 对
解析
本题考查正项级数的比值判别法以及级数收敛的必要条件。解题思路是先根据已知条件$\lim_{n \to \infty} \left| \frac{u_{n+1}}{u_n} \right| = \rho > 1$,利用极限的定义得出当$n$足够大时$\left| \frac{u_{n+1}}{u_n} \right|$的取值范围,进而得到$\lim_{n \to \infty} |u_n|$的情况,再根据级数收敛的必要条件判断级数$\sum_{n=1}^{\infty} u_n$的敛散性。
详细解答
- 由极限的定义可知,对于$\lim_{n \to \infty} \left| \frac{u_{n+1}}{u_n} \right| = \rho > 1$,取$\varepsilon=\frac{\rho - 1}{2}>0$,根据极限的定义,存在正整数$N$,当$n > N$时,有:
- $\left|\left| \frac{u_{n+1}}{u_n} \right| - \rho\right| < \varepsilon=\frac{\rho - 1}{2}$。
- 根据绝对值不等式的性质,可得$-\frac{\rho - 1}{2}<\left| \frac{u_{n+1}}{u_n} \right| - \rho<\frac{\rho - 1}{2}$。
- 不等式两边同时加上$\rho$,得到$\rho-\frac{\rho - 1}{2}<\left| \frac{u_{n+1}}{u_n} \right|<\rho+\frac{\rho - 1}{2}$。
- 计算$\rho-\frac{\rho - 1}{2}=\frac{2\rho-(\rho - 1)}{2}=\frac{\rho + 1}{2}>1$,所以当$n > N$时,$\left| \frac{u_{n+1}}{u_n} \right|>1$,即$|u_{n + 1}|>|u_n|$。
- 由此可知,当$n > N$时,$|u_n|>|u_{N+1}|>0$。
- 那么$\lim_{n \to \infty} |u_n|\neq0$,因为如果$\lim_{n \to \infty} |u_n| = 0$,则对于任意给定的正数$\delta$(这里取$\delta=\frac{|u_{N + 1}|}{2}>0$),存在正整数$M$,当$n > M$时,$| |u_n|-0|<\delta$,即$|u_n|<\frac{|u_{N + 1}|}{2}<|u_{N+1}|$,这与$|u_n|>|u_{N+1}|$矛盾。
- 又因为$\lim_{n \to \infty} |u_n|\neq0$,所以$\lim_{n \to \infty} u_n\neq0$(若$\lim_{n \to \infty} u_n = 0$,则$\lim_{n \to \infty} |u_n| = 0$)。
- 根据级数收敛的必要条件:若级数$\sum_{n=1}^{\infty} u_n$收敛,则$\lim_{n \to \infty} u_n = 0$,其逆否命题为:若$\lim_{n \to \infty} u_n\neq0$,则级数$\sum_{n=1}^{\infty} u_n$发散。
- 由于$\lim_{n \to \infty} u_n\neq0$,所以级数$\sum_{n=1}^{\infty} u_n$发散。