求幂级数sum _(k=0)^infty dfrac ({(-1))^n(x)^n}(sqrt {1+{n)^2}}的收敛半径、收敛区间和收敛域。
求幂级数
的收敛半径、收敛区间和收敛域。
题目解答
答案
对于幂级数
,令
则
则
,
则收敛半径为1,收敛区间为
当
时,原级数为
,级数收敛。
当
时,原级数为
又
,级数收敛,
则收敛域为
解析
考查要点:本题主要考查幂级数的收敛半径、收敛区间及收敛域的求解方法,涉及比值法(根值法)的应用,以及端点收敛性的判断。
解题核心思路:
- 确定收敛半径:利用比值法或根值法求极限,得到收敛半径$R$。
- 确定收敛区间:根据收敛半径,初步判断区间为$(-R, R)$。
- 验证端点收敛性:分别代入$x=R$和$x=-R$,通过交错级数判别法或比较判别法判断级数是否收敛。
破题关键点:
- 正确应用比值法:注意通项中$(-1)^n$的绝对值处理。
- 端点$x=1$的收敛性:利用莱布尼茨判别法判断交错级数收敛。
- 端点$x=-1$的收敛性:通过与调和级数比较,判断级数发散。
步骤1:求收敛半径
设通项系数为$a_n = \dfrac{(-1)^n}{\sqrt{1+n^2}}$,应用比值法:
$\rho = \lim_{n \to \infty} \left| \dfrac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \dfrac{\dfrac{1}{\sqrt{1+(n+1)^2}}}{\dfrac{1}{\sqrt{1+n^2}}} = \lim_{n \to \infty} \dfrac{\sqrt{1+n^2}}{\sqrt{1+(n+1)^2}} = 1.$
因此,收敛半径为:
$R = \dfrac{1}{\rho} = 1.$
步骤2:求收敛区间
初步判断收敛区间为$(-1, 1)$,需验证端点$x=1$和$x=-1$。
步骤3:验证端点$x=1$
级数变为:
$\sum_{n=0}^{\infty} \dfrac{(-1)^n}{\sqrt{1+n^2}}.$
通项$\dfrac{1}{\sqrt{1+n^2}}$单调递减且极限为$0$,由莱布尼茨判别法知级数收敛。
步骤4:验证端点$x=-1$
级数变为:
$\sum_{n=0}^{\infty} \dfrac{1}{\sqrt{1+n^2}}.$
当$n$较大时,$\dfrac{1}{\sqrt{1+n^2}} \approx \dfrac{1}{n}$,与发散的调和级数$\sum \dfrac{1}{n}$比较,由比较判别法知级数发散。