题目
2.根据级数收敛与发散的定义判定下列级数的收敛性:-|||-(2) dfrac (1)(1cdot 3)+dfrac (1)(3cdot 5)+dfrac (1)(5cdot 7)+... +dfrac (1)((2n-1)(2n+1))+... ;

题目解答
答案

解析
本题考查级数收敛与发散的定义,解题思路是先将级数的通项进行裂项相消,求出前$n$项和$s_n$的表达式,再求$\lim\limits_{n \to \infty} s_n$,根据极限是否存在来判断级数的收敛性。
- 对通项$u_n$进行裂项:
已知$u_n = \dfrac{1}{(2n - 1)(2n + 1)}$,将其裂项可得$u_n = \dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{2n - 1} - \dfrac{1}{2n + 1}\right)$。 - 求前$n$项和$s_n$:
$s_n = u_1 + u_2 + \cdots + u_n$
$=\dfrac{1}{2}\left[\left(1 - \dfrac{1}{3}\right) + \left(\dfrac{1}{3} - \dfrac{1}{5}\right) + \cdots + \left(\dfrac{1}{2n - 1} - \dfrac{1}{2n + 1}\right)\right]$
可以发现括号内相邻两项可以相互抵消,最终得到$s_n = \dfrac{1}{2}\left(1 - \dfrac{1}{2n + 1}\right)$。 - 求$\lim\limits_{n \to \infty} s_n$:
$\lim\limits_{n \to \infty} s_n = \lim\limits_{n \to \infty} \dfrac{1}{2}\left(1 - \dfrac{1}{2n + 1}\right)$
根据极限的运算法则$\lim\limits_{n \to \infty} (a\cdot b) = a\cdot\lim\limits_{n \to \infty} b$($a$为常数),可得:
$\lim\limits_{n \to \infty} s_n = \dfrac{1}{2}\lim\limits_{n \to \infty} \left(1 - \dfrac{1}{2n + 1}\right)$
再根据极限的运算法则$\lim\limits_{n \to \infty} (a - b) = \lim\limits_{n \to \infty} a - \lim\limits_{n \to \infty} b$,可得:
$\lim\limits_{n \to \infty} s_n = \dfrac{1}{2}\left(\lim\limits_{n \to \infty} 1 - \lim\limits_{n \to \infty} \dfrac{1}{2n + 1}\right)$
因为$\lim\limits_{n \to \infty} 1 = 1$,$\lim\limits_{n \to \infty} \dfrac{1}{2n + 1} = 0$,所以:
$\lim\limits_{n \to \infty} s_n = \dfrac{1}{2}(1 - 0) = \dfrac{1}{2}$ - 判断级数的收敛性:
由于$\lim\limits_{n \to \infty} s_n = \dfrac{1}{2}$,极限存在,根据级数收敛与发散的定义可知,该级数收敛。