题目
若lim_(n to infty) b_n = +infty, 则级数sum_(n=1)^infty ((1)/(b_n) - (1)/(b_(n+1)) )的敛散性是()A. 一定发散B. 无法确定C. 必收敛于0D. 必收敛于(1)/(b_1)
若$\lim_{n \to \infty} b_n = +\infty$, 则级数$\sum_{n=1}^{\infty} \left(\frac{1}{b_n} - \frac{1}{b_{n+1}} \right)$的敛散性是()
A. 一定发散
B. 无法确定
C. 必收敛于0
D. 必收敛于$\frac{1}{b_1}$
题目解答
答案
D. 必收敛于$\frac{1}{b_1}$
解析
本题考查级数敛散性的判断以及级数和的计算,解题思路是通过求出级数的部分和,再根据部分和的极限来判断级数的敛散性并求出其和。
- 求级数的级数的部分和$S_n$:
已知级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \left(\frac{1{b_n} - \frac1{b_{n + 1}}\right)$,其前$n$项和$S_n$为:
$S_n=\sum_{k = 1}^{n} \left(\frac{1}{b_k} - \frac{b_{k + 1}}\right)$
将上式展开可得:
$S_n=\left(\frac{1}{b_1} - \frac{1}{b_2}\right) + \left(\frac{1}{b_2} - \frac{1}{b_3}\right) + \cdots + \left(\frac{1}{b_n} - \frac{1}{b_{n + 1}}\right)$
可以发现相邻两项可以相互抵消,经过抵消后得到:
$S_n=\frac{1}{b_1} - \frac{1}{b_{n + 1}}}$ - 求部分和$S_n$的极限:
已知$\lim_{n \to \infty} b_n = +\infty$,那么当$n\to\infty$时,$n + 1\to\infty$,所以$\lim_{n \to \infty} b_{n + 1} = +\infty$。
根据极限的性质,当分母趋近于正无穷大时,分数趋近于$0$,即$\lim_{n \to \infty} \frac{1}{b_{n + 1}} = 0$。
对$1)式两边同时取\(n\to\infty$的极限可得:
$\lim_{n \to \infty} S_n = \lim_{n \to \infty} \left(\frac{1}{b_1} - \frac{1}{b_{n + 1}}\right)$
根据极限的运算法则$\lim_{n \to \infty}(A - B)=\lim_{n \to \infty}A - \lim_{n \to \infty}B$,可得:
$\lim_{n \to \infty} S_n = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{b_1} - \lim_{n \to \infty} \frac{b_{n + 1}}$
因为$\frac{1}{b_1}$是常数,所以$\lim_{n \to\infty} \frac{1}{b_1} = \frac{1}{b_1}$,又因为$\lim_{n \to \infty} \frac{1}{b_{n + 1}} = 0$,则:
$\lim_{n \to\infty} S_n = \frac{1}{b_1} - 0 = \frac{1}{b_1}$
根据级数收敛的定义为:若级数$\sum_{n = 1}^{\infty} u_n$的部分和数列$\{S_n\}$有极限$S$,即$\lim_{n \to \infty} S_n = S$,则称级数$\sum_{n = 1}^{\infty} u_n$收敛,且其和为$S$。
由于$\lim_{n \to \infty} S_n = \frac{1}{b_1}$,所以级数$\sum_{n = 1}^{\infty} \left(\frac{1}{b_n} - \frac{1}{b_{n + 1}}\right)$必收敛于$\frac{1}{b_1}$。