题目
4.[单选题] 判定级数(1)/(3)+(1)/(9)+(1)/(3^2)+(1)/(18)+...+(1)/(3^n)+(1)/(9n)+...的收敛性.()A. 收敛.B. 发散.
4.[单选题] 判定级数$\frac{1}{3}+\frac{1}{9}+\frac{1}{3^{2}}+\frac{1}{18}+\cdots+\frac{1}{3^{n}}+\frac{1}{9n}+\cdots$的收敛性.()
A. 收敛.
B. 发散.
题目解答
答案
B. 发散.
解析
步骤 1:将级数分解为两个独立的级数
给定的级数可以写为:\[ \sum_{n=1}^{\infty} \left( \frac{1}{3^n} + \frac{1}{9n} \right) \] 我们可以将其分解为两个独立的级数:\[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n} \quad \text{和} \quad \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n} \]
步骤 2:分析第一个级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n}$
这是一个首项$a = \frac{1}{3}$和公比$r = \frac{1}{3}$的几何级数。无限几何级数$\sum_{n=0}^{\infty} ar^n$的和由$\frac{a}{1-r}$给出,如果$|r| < 1$。在我们的情况下,级数从$n=1$开始,因此和为:\[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n} = \frac{\frac{1}{3}}{1 - \frac{1}{3}} = \frac{\frac{1}{3}}{\frac{2}{3}} = \frac{1}{2} \] 由于和是一个有限数,级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n}$收敛。
步骤 3:分析第二个级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n}$
这可以写为:\[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n} = \frac{1}{9} \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n} \] 级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n}$是调和级数,已知是发散的。由于将发散级数乘以常数(本例中为$\frac{1}{9}$)仍然得到发散级数,级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n}$发散。
步骤 4:综合两个级数的收敛性
由于级数$\sum_{n=1}^{\infty} \left( \frac{1}{3^n} + \frac{1}{9n} \right)$是两个级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n}$和$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n}$的和,且其中一个级数发散,整个级数发散。
给定的级数可以写为:\[ \sum_{n=1}^{\infty} \left( \frac{1}{3^n} + \frac{1}{9n} \right) \] 我们可以将其分解为两个独立的级数:\[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n} \quad \text{和} \quad \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n} \]
步骤 2:分析第一个级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n}$
这是一个首项$a = \frac{1}{3}$和公比$r = \frac{1}{3}$的几何级数。无限几何级数$\sum_{n=0}^{\infty} ar^n$的和由$\frac{a}{1-r}$给出,如果$|r| < 1$。在我们的情况下,级数从$n=1$开始,因此和为:\[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n} = \frac{\frac{1}{3}}{1 - \frac{1}{3}} = \frac{\frac{1}{3}}{\frac{2}{3}} = \frac{1}{2} \] 由于和是一个有限数,级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n}$收敛。
步骤 3:分析第二个级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n}$
这可以写为:\[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n} = \frac{1}{9} \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n} \] 级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n}$是调和级数,已知是发散的。由于将发散级数乘以常数(本例中为$\frac{1}{9}$)仍然得到发散级数,级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n}$发散。
步骤 4:综合两个级数的收敛性
由于级数$\sum_{n=1}^{\infty} \left( \frac{1}{3^n} + \frac{1}{9n} \right)$是两个级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{3^n}$和$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{9n}$的和,且其中一个级数发散,整个级数发散。