题目
函数 ln(1+x) 的展开式 ln(1+x)= sum_(n=1)^infty (-1)^n-1 (x^n)/(n) 的收敛区间是()A. (-1,1)B. [-1,1)C. [-1,1]D. (-1,1]
函数 $\ln(1+x)$ 的展开式 $\ln(1+x)= \sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1} \frac{x^n}{n}$ 的收敛区间是()
A. $(-1,1)$
B. $[-1,1)$
C. $[-1,1]$
D. $(-1,1]$
题目解答
答案
D. $(-1,1]$
解析
步骤 1:确定收敛半径
利用比值检验确定收敛半径: \[ \lim_{n \to \infty} \left| \frac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \left| \frac{(-1)^n \frac{x^{n+1}}{n+1}}{(-1)^{n-1} \frac{x^n}{n}} \right| = \lim_{n \to \infty} \left| \frac{-x}{\frac{n+1}{n}} \right| = |x| < 1 \] 因此,收敛半径为 $1$,收敛区间为 $(-1, 1)$。
步骤 2:分析端点
- 当 $x = 1$ 时,级数为交错调和级数 $\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1} \frac{1}{n}$,根据莱布尼茨判别法,该级数收敛。
- 当 $x = -1$ 时,级数为 $\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1} \frac{(-1)^n}{n} = -\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n}$,即调和级数的负数,发散。
步骤 3:确定收敛区间
根据上述分析,收敛区间为 $(-1, 1]$。
利用比值检验确定收敛半径: \[ \lim_{n \to \infty} \left| \frac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \left| \frac{(-1)^n \frac{x^{n+1}}{n+1}}{(-1)^{n-1} \frac{x^n}{n}} \right| = \lim_{n \to \infty} \left| \frac{-x}{\frac{n+1}{n}} \right| = |x| < 1 \] 因此,收敛半径为 $1$,收敛区间为 $(-1, 1)$。
步骤 2:分析端点
- 当 $x = 1$ 时,级数为交错调和级数 $\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1} \frac{1}{n}$,根据莱布尼茨判别法,该级数收敛。
- 当 $x = -1$ 时,级数为 $\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1} \frac{(-1)^n}{n} = -\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n}$,即调和级数的负数,发散。
步骤 3:确定收敛区间
根据上述分析,收敛区间为 $(-1, 1]$。