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:
- 条件收敛的定义:级数本身收敛,但其绝对值级数发散。
- 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:$\sum _{n=1}^{\infty }\dfrac {{i}^{n}}{n}$
- 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:
$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{i^n}{n} = \sum_{k=0}^{\infty} \left( \frac{-1}{4k+2} + \frac{-i}{4k+3} + \frac{1}{4k+4} + \frac{i}{4k+1} \right)$ - 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:$\sum \dfrac{(-1)^n + i}{\sqrt{n+1}}$
拆分为$\sum \dfrac{(-1)^n}{\sqrt{n+1}}$(收敛)和$\sum \dfrac{1}{\sqrt{n+1}}$(发散),整体发散。