设 sum_(n=1)^inftyu_n 与 sum_(n=1)^inftyv_n 都是正项级数,且 u_nle v_n (n=1,2,...),则下述命题正确的是( )A. 若 sum_(n=1)^inftyu_n 收敛,则 sum_(n=1)^inftyv_n 收敛B. 若 sum_(n=1)^inftyu_n 发散,则 sum_(n=1)^inftyv_n 收敛C. 若 sum_(n=1)^inftyv_n 发散,则 sum_(n=1)^inftyu_n 发散D. 若 sum_(n=1)^inftyv_n 收敛,则 sum_(n=1)^inftyu_n 收敛
A. 若 $\sum_{n=1}^{\infty}u_n$ 收敛,则 $\sum_{n=1}^{\infty}v_n$ 收敛
B. 若 $\sum_{n=1}^{\infty}u_n$ 发散,则 $\sum_{n=1}^{\infty}v_n$ 收敛
C. 若 $\sum_{n=1}^{\infty}v_n$ 发散,则 $\sum_{n=1}^{\infty}u_n$ 发散
D. 若 $\sum_{n=1}^{\infty}v_n$ 收敛,则 $\sum_{n=1}^{\infty}u_n$ 收敛
题目解答
答案
解析
本题考查正项级数的比较判别法。解题思路是根据正项级数比较判别法的原理,对每个选项逐一进行分析判断。
选项A
已知$u_n\leq v_n\ (n = 1,2,\cdots)$,若$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n$收敛,不能得出$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n$收敛。
例如,取$u_n=\frac{1}{n^2}$,$v_n=\frac{1}{n}$,显然$u_n\leq v_n$。
根据$p -$级数的敛散性,$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n=\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n^2}$,其中$p = 2>1$,所以$\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n^2}$收敛;而$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n=\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n}$,其中$p = 1$,所以$\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n}$发散。
因此,选项A错误。
选项B
若$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n$发散,同样不能得出$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n$收敛。
因为$u_n\leq v_n$,当$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n$发散时,$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n$可能发散。
例如,取$u_n=\frac{1}{n}$,$v_n=\frac{1}{n - 0.5}$($n\geq2$),$u_n\leq v_n$,$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n=\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n}$发散,$\sum_{n = 2}^{\infty}v_n=\sum_{n = 2}^{\infty}\frac{1}{n - 0.5}$也发散。
所以,选项B错误。
选项C
若$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n$发散,不能得出$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n$发散。
例如,取$u_n=\frac{1}{n^2}$,$v_n=\frac{1}{n}$,$u_n\leq v_n$,$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n=\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n}$发散,而$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n=\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n^2}$收敛。
故选项C错误。
选项D
根据正项级数的比较判别法:设$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n$与$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n$都是正项级数,且$u_n\leq v_n\ (n = 1,2,\cdots)$,若$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n$收敛,则$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n$收敛。
证明如下:
设$S_n=\sum_{k = 1}^{n}u_k$,$T_n=\sum_{k = 1}^{n}v_k$,因为$u_n\leq v_n$,所以$S_n=\sum_{k = 1}^{n}u_k\leq\sum_{k = 1}^{n}v_k=T_n$。
又因为$\sum_{n = 1}^{\infty}v_n$收敛,即$\lim_{n\rightarrow\infty}T_n=T$($T$为有限常数),那么$\{S_n\}$是单调递增且有上界$T$的数列。
根据单调有界准则,单调递增且有上界的数列必有极限,所以$\lim_{n\rightarrow\infty}S_n$存在,即$\sum_{n = 1}^{\infty}u_n$收敛。
因此,选项D正确。