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数学
题目

(4)下列级数中,条件收敛的级数为 () .-|||-(A) sum _(n=1)^infty ((dfrac {1+3i)(2))}^n (B) sum _(n=1)^infty dfrac ({(3+4i))^n}(n!)-|||-(C) sum _(n=1)^infty dfrac ({i)^n}(n) (D) sum _(n=1)^infty dfrac ({(-1))^n+i}(sqrt {n+1)}

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查复数项级数的收敛性判断,特别是条件收敛的判定。需要掌握绝对收敛与条件收敛的区别,以及常见级数(如几何级数、幂级数、交错级数等)的收敛性判别方法。

解题核心思路:

  1. 条件收敛的定义:级数本身收敛,但其绝对值级数发散。
  2. 对每个选项的通项进行分析,判断其收敛性:
    • 几何级数:通过公比模长判断绝对收敛性;
    • 幂级数:通过阶乘增长速度判断绝对收敛性;
    • 复数拆分:将复数级数拆分为实部和虚部,分别判断收敛性;
    • Dirichlet判别法:用于判断条件收敛的复数级数。

破题关键点:

  • 选项C的通项为$\dfrac{i^n}{n}$,需验证其级数收敛但绝对值级数发散;
  • 其他选项可通过绝对收敛性直接排除。

选项分析

选项C:$\sum _{n=1}^{\infty }\dfrac {{i}^{n}}{n}$

  1. 拆分复数项:
    $i^n$的周期为4,依次取值$i, -1, -i, 1$,因此级数可拆分为实部和虚部的交错级数:
    $\sum_{n=1}^{\infty} \frac{i^n}{n} = \sum_{k=0}^{\infty} \left( \frac{-1}{4k+2} + \frac{-i}{4k+3} + \frac{1}{4k+4} + \frac{i}{4k+1} \right)$
  2. 收敛性判断:
    • Dirichlet判别法:$\dfrac{1}{n}$单调递减趋于0,$i^n$的模恒为1且部分和有界,因此原级数收敛。
    • 绝对值级数:$\sum_{n=1}^{\infty} \dfrac{1}{n}$为调和级数,发散。
      综上,选项C条件收敛。

其他选项排除

  • 选项A:$\sum \left( \dfrac{1+3i}{2} \right)^n$
    公比模长为$\dfrac{\sqrt{10}}{2} < 1$,几何级数绝对收敛。

  • 选项B:$\sum \dfrac{(3+4i)^n}{n!}$
    通项模长为$\dfrac{5^n}{n!}$,当$n \to \infty$时趋于0,绝对收敛。

  • 选项D:$\sum \dfrac{(-1)^n + i}{\sqrt{n+1}}$
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