如何判断函数的敛散性收敛性与发散性的方法是什么?

1.为什么要广义积分的判别法?判定一个广义积分的收敛性,是一个重要的问题。当被积函数的原函数求不出来,或者求原函数的计算过于复杂时,利用广义积分的定义来判断它的收敛性就不适用了。因此,我们需要它方法来判断广义积分的收敛性。2.这里可能有人问,什么是广义积分?广义积分就是反常积分,是对普通定积分的推广,①指含有无穷上限/下限②或者被积函数含有瑕点的积分,前者称为无穷区间限广义积分,后者称为瑕积分(又称无界函数的反常积分)。3.直接引出广义积分的判别法(汤家凤辅导讲义)广义积分判别法大家可能当初和我看到的一样,这是什么啊。别急。一步步来,首先把这四个定理分为两个部分。定理1和定理2是关于无穷区间广义积分的判别法,定理3和定理4是关于瑕积分的判别法。其中,需要知道的是,定理3的瑕点为a,定理4的瑕点为b。(ps:瑕点如果不知道,可以自行百度。不严谨的说就是让分母为0的点)4.阿尔法如何取得?这步十分关键,直接关乎到你是否对广义函数的敛散性的判断。1.对于无穷区间的反常函数,我们要做的是,把x带入分母为无穷的项给“消去”。比如: \int_{2}^{+∞}\frac{dx}{(x-1)\sqrt{x^{2}-2x}}的敛散性,
因为\lim_{x \rightarrow +∞}{x^{2}}·\frac{1}{(x-1)\sqrt{x(x-2)}}=1
上限为正无穷,我们要“消去”分母会变成无穷的函数。再依据判别式的定理得出是否收敛。注:如果函数的区间是正无穷到负无穷,那就把积分拆分为两部分,两部分必须都收敛才为收敛函数。2.对于无界函数的反常积分,我们要做的是,把x带入后分母无意义的项“消去”。比如:\sqrt{x} 在下限0处无意义,所以要把它”消去“。 \sqrt{1-x} 在上限1处无意义,所以要把它”消去“注:上限和下限积分有差别,下限是(x-a),且在a的右边。上限是(b-x),且在b的左边。同时注意这个对阿尔法的判别与无穷区间反常函数刚好相反。(对分母尽量先化简)}
我们总结一下判断无穷级数收敛与发散的方法。常用极限下面是常用的几个极限:\lim_{n \rightarrow \infty}\frac{\ln~n}{n}=0\lim_{n \rightarrow + \infty}\sqrt[n]{n}=1\lim_{n \rightarrow + \infty}x^{\frac{1}{n}}=1(x > 0) \lim_{n \rightarrow + \infty}x^n=0(|x|<1)\lim_{n \rightarrow + \infty}\Big(1+\frac{x}{n} \Big)^n=e^x(任何x)\lim_{n \rightarrow + \infty}\frac{x^n}{n!}=0(任何x)第一步:a_n是否趋向于零第一步,我们需要判断\lim a_n是否等于零。如果不存在或不等于零,那么级数是发散的。如果等于零,进入第二步。第二步:是否是几何级数判断 a_n 是否是一个等比数列,如果是,公比|r|<1则收敛,|r|\geq 1则发散。第三步:是否是类似 \sum \frac{1}{n(n+1)} 的压缩级数类似 \sum \frac{1}{n(n+1)} 的压缩级数,可以拆分成两个部分,在展开时可以与后面的项,实现相互抵消。它是收敛的。如 \sum \frac{1}{n(n+1)}=\sum (\frac{1}{n} - \frac{1}{n+1})=\frac{1}{1}-\frac{1}{2}+\frac{1}{2}-\frac{1}{3}+\cdots +\frac{1}{n} -\frac{1}{n+1}=1-\frac{1}{n+1}第四步:是否是形如 \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n!} 的级数形如 \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n!} 的级数收敛。第五步:是否是p-级数形如\sum \frac{1}{n^p}的p-级数,p>1时收敛,否则发散。第六步:能否应用直接比较判别法直接比较判别法的规则是: 1. 如果 a_n \leq b_n,其中\sum b_n级数是收敛的,那么\sum a_n也收敛 2. 如果 a_n \geq b_n,其中\sum b_n级数是发散的,那么\sum a_n也发散。应用直接比较判别法的技巧,是看a_n能否通过简单地转换,变成第二、三、四、五步中已知的发散或收敛级数,把这个转换后的级数作为b_n,利用直接比较判别法规则来判断a_n收敛性。第七步:能否应用极限比较判别法极限比较判别法的规则是:如果 \lim_{n\rightarrow \infty}\frac{a_n}{b_n}=c,0 \lt c \lt \infty,则 \sum a_n和\sum b_n同时收敛或同时发散。如果 \lim_{n\rightarrow \infty}\frac{a_n}{b_n}=0,如果\sum b_n收敛,则\sum a_n收敛如果 \lim_{n\rightarrow \infty}\frac{a_n}{b_n}=\infty,如果\sum b_n发散,则\sum a_n发散应用极限比较判别法的技巧,是看a_n能否通过简单地转换,变成第二、三、四、五步中已知的发散或收敛级数,把这个转换后的级数作为b_n,计算 \lim_{n\rightarrow \infty}\frac{a_n}{b_n} 的值,然后根据极限比较判别法的规则来判断a_n收敛性。第八步:能否使用积分判别法积分判别法的规则是:a_n是一个正数项序列,把a_n的表达式看成一个连续的、正的、递减函数f(n)(由于第一步中保证了a_n是趋于0的,所以在这里只考虑a_n是一个正数项序列就行),则有\sum_{n=N}^\infty a_n和积分\int_N^\infty f(x) \mathrm{d}x 同时收敛或同时发散。应用积分判别法的技巧是观察a_n能否简单地求积分。第九步:能否使用比值和根式判别法如果\sum a_n是一个正项级数,并且有\lim_{n\rightarrow \infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}=\rho\\如果\rho < 1,则级数收敛如果\rho > 1 如果\rho =1,则无法确定是收敛还是发散。应用这种方法的技巧是观察 \frac{a_{n+1}}{a_n} 是否是一个足够简单的式子。一般应用在形如含有a^n或n^a或n!的级数中。第十步:能否使用n次根判别法如果a_n是正项级数,且\lim_{n\rightarrow \infty}\sqrt[n]{a_n}=\rho\\如果\rho < 1,则级数收敛如果\rho > 1 如果\rho =1,则无法确定是收敛还是发散。一般应用在含有a^n或n^a的级数中。其中 \sqrt[n]{a^n} 可以被简化为a,而\sqrt[n]{n^a}=(\sqrt[n]{n})^a,而根据上面的常用极限表第四个,\lim_{n\rightarrow \infty}\sqrt[n]{n}=1,因此\lim_{n\rightarrow \infty} \sqrt[n]{n^a}=\lim_{n\rightarrow \infty} (\sqrt[n]{n})^a=1。第十一步:它是一个交错级数假设交错级数为:\sum_{n=1}^\infty a_n = \sum_{n=1}^\infty (-1)^{n+1}u_n=u_1-u_2+u_3-u_4+\cdots \\看\sum_{n=1}^\infty
a_n|是否收敛,使用上面的第一到第十步的方法去判断。如果它是收敛的,那么原级数一定是收敛的,而且是绝对收敛。如果不是收敛的,那么原级数有可能是条件收敛,或者是发散,转到下面第2步。是否存在一个整数N,使得u_N\geq u_{N+1} \geq \cdots?如果不存在,则无法确定级数是收敛还是发散,如果存在,转到下面第3步u_n是否趋向于0,是的话级数收敛,否则发散。第十二步:继续修炼或使用CAS如果还无法判断级数是否收敛或发散,则需要使用CAS等工具来探索或者去学更高等的教材。总结流程图}

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