题目
级数 sum_(n=1)^infty (x^n)/(n) 的收敛区域是A. (-1,1)B. [-1,1)C. (-1,1]D. [-1,1]
级数 $\sum_{n=1}^{\infty} \frac{x^n}{n}$ 的收敛区域是
A. (-1,1)
B. [-1,1)
C. (-1,1]
D. [-1,1]
题目解答
答案
B. [-1,1)
解析
考查要点:本题主要考查幂级数的收敛区域的判断,涉及收敛半径的计算及端点收敛性的分析。
解题核心思路:
- 比值判别法确定收敛半径;
- 分别检验端点$x=1$和$x=-1$处的收敛性;
- 结合绝对收敛与条件收敛的判定,最终确定收敛区域。
破题关键点:
- 收敛半径的计算是基础,需正确应用比值判别法;
- 端点$x=1$对应调和级数(发散),端点$x=-1$对应交错级数(条件收敛),需分别判断。
第一步:计算收敛半径
设通项$a_n = \frac{x^n}{n}$,应用比值判别法:
$\lim_{n \to \infty} \left| \frac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \left| x \cdot \frac{n}{n+1} \right| = |x|$
当$|x| < 1$时,级数绝对收敛,故收敛半径为$R = 1$,初步收敛区间为$(-1, 1)$。
第二步:检验端点收敛性
当$x = 1$时
级数变为$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n}$,即调和级数,显然发散。
当$x = -1$时
级数变为$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n}{n}$,满足莱布尼茨判别法:
- 通项$\frac{1}{n}$单调递减;
- $\lim_{n \to \infty} \frac{1}{n} = 0$。
因此该级数条件收敛。
第三步:确定收敛区域
- $|x| < 1$时绝对收敛;
- $x = 1$时发散;
- $x = -1$时条件收敛。
综上,收敛区域为$[-1, 1)$。