题目
2【判断题】 判断:定义在(-∞,+∞)的函数项级数sum_(n=0)^inftyx^n=1+x+x^2+...+x^n+...是收敛的.()A. 对B. 错
2【判断题】 判断:定义在(-∞,+∞)的函数项级数$\sum_{n=0}^{\infty}x^{n}=1+x+x^{2}+\cdots+x^{n}+\cdots$是收敛的.()
A. 对
B. 错
题目解答
答案
B. 错
解析
本题考查函数项级数收敛性的判断,解题思路是先求出函数项级数的收敛半径,再根据收敛半径确定收敛区间,最后判断在给定区间$(-\infty, +\infty)$上的收敛性。
- 求函数项级数$\sum_{n = 0}^{\infty}x^{n}$的收敛半径$R$:
对于幂级数$\sum_{n = 0}^{\infty}a_{n}x^{n}$(本题中$a_{n}=1$),其收敛半径$R$的计算公式为$R=\lim\limits_{n \to \infty}|\frac{a_{n}}{a_{n + 1}}|$。
将$a_{n}=1$,$a_{n + 1}=1$代入公式可得:
$R=\lim\limits_{n \to \infty}|\frac{1}{1}| = 1$ - 确定函数项级数$\sum_{n = 0}^{\infty}x^{n}$的收敛区间:
根据收敛半径$R = 1$,可知该幂级数在$(-1, 1)$内绝对收敛。
接下来需要判断端点处的收敛性:- 当$x = 1$时,级数变为$\sum_{n = 0}^{\infty}1^{n}=1 + 1 + 1 + \cdots + 1 + \cdots$,这是一个常数项级数,其部分和$S_{n}=n + 1$,当$n \to \infty$时,$S_{n} \to \infty$,所以该级数发散。
- 当$x = -1$时,级数变为$\sum_{n = 0}^{\infty}(-1)^{n}=1 - 1 + 1 - 1 + \cdots + (-1)^{n} + \cdots$,其部分和$S_{n}$为:
当$n$为偶数时,$S_{n}=0$;当$n$为奇数时,$S_{n}=1$。
所以$\lim\limits_{n \to \infty}S_{n}$不存在,该级数发散。
综上,函数项级数$\sum_{n = 0}^{\infty}x^{n}$的收敛区间为$(-1, 1)$。
- 判断函数项级数在$(-\infty, +\infty)$上的收敛性:
由于收敛区间为$(-1, 1)$,而给定区间为$(-\infty, +\infty)$,显然在$(-\infty, -1]\cup[1, +\infty)$上该级数是发散的,所以定义在$(-\infty, +\infty)$的函数项级数$\sum_{n = 0}^{\infty}x^{n}$不是收敛的。