题目
已知级数sum_(n=1)^infty (cos nalpha)/(n^3),alpha为常数,以下正确的是:A. 一定绝对收敛B. 一定条件收敛C. 一定发散D. 可能收敛也可能发散
已知级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{\cos n\alpha}{n^3}$,$\alpha$为常数,以下正确的是:
A. 一定绝对收敛
B. 一定条件收敛
C. 一定发散
D. 可能收敛也可能发散
题目解答
答案
A. 一定绝对收敛
解析
本题考查级数敛散性的判断,具体是判断级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{\cos n\alpha}{n^3}$的敛散性,解题思路是先判断该级数的绝对收敛性,再根据绝对收敛与条件收敛的关系得出结论。
- 判断绝对收敛性:
- 对于级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{\cos n\alpha}{n^3}$,考虑其绝对值级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \left|\frac{\cos n\alpha}{n^3}\right|$。
- 根据三角函数的性质,可知$\vert\cos n\alpha\vert\leqslant 1$,那么$\left|\frac{\cos n\alpha}{n^3}\right|\leqslant\frac{1}{n^3}$。
- 而级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{1}{n^3}$是$p = 3$的$p -$级数,根据$p -$级数的敛散性判别法:当$p>1$时,$p -$级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{1}{n^p}$收敛,所以$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{1}{n^3}$收敛。
- 由正项级数的比较判别法:设$\sum_{n = 1}^{\infty} u_n$和$\sum_{n = 1}^{\infty} v_n$都是正项级数,且$u_n\leqslant v_n(n = 1,2,\cdots)$,若$\sum_{n = 1}^{\infty} v_n$收敛,则$\sum_{n = 1}^{\infty} u_n$收敛。因为$\sum_{n = 1}^{\infty} \left|\frac{\cos n\alpha}{n^3}\right|$是正项级数,且$\left|\frac{\cos n\alpha}{n^3}\right|\leqslant\frac{1}{n^3}$,$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{1}{n^3}$收敛,所以$\sum_{n = 1}^{\infty} \left|\frac{\cos n\alpha}{n^3}\right|$收敛。
- 根据绝对收敛的定义:若级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \vert u_n\vert$收敛,则称级数$\sum_{n = 1}^{\infty} u_n$绝对收敛,可知级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{\cos n\alpha}{n^3}$绝对收敛。
- 关于条件收敛:
- 条件收敛是指级数本身收敛,但绝对值级数发散。由于已经证明了$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{\cos n\alpha}{n^3}$绝对收敛,所以它不是条件收敛。
- 关于发散:
- 因为已经得出级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \frac{\cos n\alpha}{n^3}$绝对收敛,而绝对收敛的级数一定收敛,所以该级数不是发散的。
- 关于可能收敛也可能发散:
- 前面已经证明了该级数一定绝对收敛,即一定收敛,并非可能收敛也可能发散。