【6】級數(shù)初步

題6.1 把 $\frac{1}{1-x}$ 展開成 $x$ 的冪級數(shù)( $|x|<1$ )。
解法1 設 $\frac{1}{1-x}=a_0+a_1x+a_2x^2+...$ 抒寂，則
$1=(1-x)(a_0+a_1x+a_2x^2+...)\\=a_0+(a_1-a_0)x+(a_2-a_1)x^2+(a_3-a_2)x^3+...$
上式右邊 $x^n(n\ge 1)$ 系數(shù)為 $a_n-a_{n-1}$ 结啼，比較系數(shù)：
$a_0=1\\a_1-a_0=0,\\a_2-a_1=0\\a_3-a_2=0\\...$
所以， $a_0=a_1=a_2=...=1$ 屈芜，最后：
$\frac{1}{1-x}=1+x+x^2+x^3+...$
解法2 如圖6.1.1郊愧，列除法豎式：

6.1.1

所以，

\frac{1}{1-x}=1+x+x^2+x^3+...

\blacksquare

題6.2 把 $\frac{1}{1+x+x^2}$ 展開 $x$ 的成冪級數(shù)井佑。
解法1 設 $\frac{1}{1+x+x^2}=a_0+a_1x+a_2x^2+...$ 属铁，則
$1=(1+x+x^2)(a_0+a_1x+a_2x^2+...)\\ =a_0+(a_0+a_1)x+(a_0+a_1+a_2)x^2+(a_1+a_2+a_3)x^3+...$
上式 $x^n(n\ge 2)$ 的系數(shù)為 $(a_{n-2}+a_{n-1}+a_{n-n})$ ，比較系數(shù)得：
$a_0=1\\a_0+a_1=0\\a_1+a_2+a_3=0\\a_2+a_3+a_4=0\\...$
所以躬翁， $a_0=1,a_1=-1,a_2=0,a_3=1,a_4=-1,a_5=0,...$ 焦蘑，所以： $\frac{1}{1+x+x^2}=1-x+x^3-x^4+x^6-x^7+x^9-x^{10}+...$

解法2 如下圖，列除法豎式：

圖6.2.1.jpg

所以盒发，

\frac{1}{1+x+x^2}=1-x+x^3-x^4+x^6-x^7+x^9-x^{10}+...

\blacksquare

定理6.3 $1+\frac{1}{2^2}+\frac{1}{3^2}+\frac{1}{4^2}+...$ 收斂例嘱。
證法1 （裂項相消法) $S_n=1+\frac{1}{2^2}+\frac{1}{3^2}+\frac{1}{4^2}+...+\frac{1}{n^2}\\ <1+\frac{1}{1\times 2}+\frac{1}{2\times 3}++\frac{1}{3\times 4}+...+\frac{1}{(n-1)n}\\ =1+1-\frac{1}2+\frac{1}2-\frac{1}3+...-\frac{1}n=2-\frac{1}n<2$

所以 $\{S_n\}$ 遞增且有上界，所以數(shù)列 $\{S_n\}$ 收斂宁舰，所以級數(shù) $1+\frac{1}{2^2}+\frac{1}{3^2}+\frac{1}{4^2}+...$ 收斂拼卵。
證法2 $1+\frac{1}{2^2}+\frac{1}{3^2}+\frac{1}{4^2}+...=\prod_{p是素數(shù)}{(1+1/p^2+1/p^4+1/p^6+...)}\\ =\prod_{p是素數(shù)}{\frac{p^2}{p^2-1}}=\frac{2}{2^2-1}\cdot\frac{3}{3^2-1}\cdot\frac{5}{5^2-1}\cdot\frac{7}{7^2-1}\cdot\frac{11}{11^2-1}...\\ <\frac{2^2}{2^2-1}\times\frac{3^2}{3^2-1}\times \frac{4^2}{4^2-1}\times...\\ =\frac{2^2}{1\times3}\times\frac{3^2}{2\times 4}\times \frac{4^2}{3\times 5}\times\frac{5^2}{4\times 6}\times...\\=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{2n}{n+1}=2.$
再者 $S_n=1+\frac{1}{2^2}+\frac{1}{3^2}+...+\frac{1}{n^2}<1+\frac{1}{2^2}+\frac{1}{3^2}+\frac{1}{4^2}+...<2$ ，所以 $\{S_n\}$ 遞增且有上界蛮艰，所以數(shù)列 $\{S_n\}$ 收斂腋腮，所以級數(shù) $1+\frac{1}{2^2}+\frac{1}{3^2}+\frac{1}{4^2}+...$ 收斂。
$\blacksquare$

定理6.4 $\frac{1}{0!}+\frac{1}{1!}+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+...$ 收斂壤蚜。
證明 $S_n=\frac{1}{0!}+\frac{1}{1!}+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+...\frac{1}{n!}\\\ <1+1+1/2+1/6+\frac{1}{3\times4}+\frac{1}{4\times5}+...+\frac{1}{(n-1)n}\\ =\frac{8}3+\frac{1}3-\frac{1}4+\frac{1}4-\frac{1}5+...-\frac{1}{n-1}+\frac{1}{n-1}-\frac{1}n=3-\frac{1}n<3$
這說明部分和 $S_n$ 有界且遞增即寡，所以級數(shù) $\frac{1}{0!}+\frac{1}{1!}+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+...$ 收斂。
$\blacksquare$

定義6.5 $e=\frac{1}{0!}+\frac{1}{1!}+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+...$

題6.6 $f(x)=1+x+\frac{1}{2!}x^2++\frac{1}{3!}x^3+...$ 袜刷，求證：對于任意的實數(shù) $f(x+y)=f(x)f(y)$ 嘿悬。
證明 $f(x)f(y)=\left(1+x+\frac{1}{2!}x^2+\frac{1}{3!}x^3+...\right)\left(1+y+\frac{1}{2!}y^2+\frac{1}{3!}y^3+...\right)\\ =1+(x+y)+\left(\frac{1}{2!}x^2+xy+\frac{1}{2!}y^2\right)+\left(\frac{1}{3!}x^3+\frac{1}{2!1!}x^2y+\frac{1}{1!2!}xy^2+\frac{1}{3!}y^3\right)+...\\ =1+\frac{x+y}{1!}+\frac{(x+y)^2}{2!}+\frac{(x+y)^3}{3!}+...=f(x+y)$
$\blacksquare$

題6.7 把 $(1+x)^{1/2}$ 展開成冪級數(shù)。

解設 $(1+x)^{1/2}=a_0+a_1x+a_2x^2+...,$ 其中 $a_0\ge 0$ 水泉，則
$1+x=(a_0+a_1x+a_2x^2+...)^2\\ =a_0^2+2a_0a_1x+(2a_0a_2+a_1^2)x^2+2(a_0a_3+a_1a_2)x^3+(2a_0a_4+2a_1a_3+a_2^2)x^4+...$
比較系數(shù)得：
$a_0^2=1 \\ 2a_0a_1=1 \\ 2a_0a_2+a_1^2=0\\ 2(a_0a_3+a_1a_2)=0\\ 2a_0a_4+2a_1a_3+a_2^2)=0 ...$
解得：
$a_0=\frac{1}{0!}\\ a_1=\frac{\frac{1}2}{1!}\\ a_2=\frac{\frac{1}2\left(\frac{1}2-1\right)}{2!}\\ a_3=\frac{\frac{1}2\left(\frac{1}2-1\right)\left(\frac{1}2-2\right)}{3!}\\ a_4=\frac{\frac{1}2\left(\frac{1}2-1\right)\left(\frac{1}2-2\right)\left(\frac{1}2-3\right)}{4!}\\ ...$
所以， $(1+x)^{1/2}=\frac{1}{0!}+\frac{\frac{1}2}{1!}x+\frac{\frac{1}2\left(\frac{1}2-1\right)}{2!}x^2+\frac{\frac{1}2\left(\frac{1}2-1\right)\left(\frac{1}2-2\right)}{3!}x^3+\frac{\frac{1}2\left(\frac{1}2-1\right)\left(\frac{1}2-2\right)\left(\frac{1}2-3\right)}{4!}x^4+...$ $\blacksquare$

題6.8 已知 $a>0,a\ne1$ ，正值函數(shù) $f(x)$ 滿足如下條件：
a). $\space f(1)=a$
b). $\space \forall x,y\in \mathbb R,f(x+y)=f(x)f(y)$
證明：
(1) $\forall x\in \mathbb N,f(x)=a^x$ ;
(2) $\forall x\in \mathbb Q,f(x)=a^x$ ;
證明 (1) 對 $x$ 利用數(shù)學歸納法：
當 $x=0$ 時草则，易驗證命題成立钢拧。
假設當 $x=k$ 命題成立，即 $f(k)=a^k$ 炕横。當 $x=k+1$ 源内，利用a),b)推導如下：
$f(x)=f(k+1)=f(k)f(1)=a^k a=a^{k+1}=a^x$ 。
綜上份殿，對于任意的自然數(shù) $x,f(x)=a^x$ 膜钓。
(2) 分幾種情況討論：
第一種情況：當 $x=\frac{1}{n},n\in \mathbb Z_+$ ，根據(jù)條件b)得：
$f^n\left(\frac{1}n\right)=\overbrace{f\left(\frac{1}n\right)f\left(\frac{1}n\right)...f\left(\frac{1}n\right)}^{n個函數(shù)相乘}\\=f\left(\overbrace{\frac{1}n+\frac{1}n+...+\frac{1}n}^{n個相加}\right)\\ =f(1)=a$
因 $f$ 是正值的卿嘲，所以 $f\left(\frac{1}n\right)=a^\frac{1}n$ .

第二種情況：當 $x=\frac{m}{n},m,n\in \mathbb Z_+$ ,得：
$f\left(\frac{m}n\right)=f\left(\overbrace{\frac{1}n+\frac{1}n+...+\frac{1}n}^{m個相加}\right)=\overbrace{f\left(\frac{1}n\right)f\left(\frac{1}n\right)...f\left(\frac{1}n\right)}^{m個函數(shù)相乘}=\left(a^\frac{1}n\right)^m=a^\frac{m}n$
以上兩種情況解決了正有理數(shù)的問題颂斜，接下去：
第三種情況： $x$ 為負有理數(shù)，注意到：
$1=f(0)=f(x+(-x))=f(x)f(-x)=a^{-x}f(x)$ 變形得： $f(x)=a^x$ 拾枣。
第四種情況：當 $x=0$ 的情況顯然成立沃疮。
綜上四種情況，對于任意的有理數(shù) $x,f(x)=a^x$ 梅肤。
$\blacksquare$

題6.9
(1) 四舍五入求 $e$ 的近似值司蔬，使誤差不大于 $0.01$
(2)證明： $\forall x\in \mathbb Q ,e^x=1+x+\frac{1}{2!}x^2++\frac{1}{3!}x^3+...$
(1) 解設 $e_n=\sum_{k=0}^n{\frac{1}{k!}}$ ，則根據(jù)定義 $e=\lim_{n\rightarrow\infty}{e_n}$ 顯然姨蝴，對于任意的 $n\in \mathbb N,e_n<e$ 俊啼，所以
$2.716<1+1+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+\frac{1}{5!}=e_5<e$
同時，對于任意的 $n>6$ 有：
$e_n=1+1+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+\frac{1}{5!}\left(1+\frac{1}6+\frac{1}{6\times7}+...+\frac{1}{6\times7\times8\times...\times n}\right)\\ <1+1+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+\frac{1}{5!}\left(1+\frac{1}6+\frac{1}{6\times 7}+\frac{1}{7\times 8}++\frac{1}{(n-1)\times n}\right)\\ =1+1+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+\frac{1}{5!}\left(1+\frac{1}6+\frac{1}6-\frac{1}7+\frac{1}7-\frac{1}8+...+\frac{1}{n-1}-\frac{1}n\right)\\ =1+1+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+\frac{1}{5!}\left(1+\frac{1}6+\frac{1}6-\frac{1}n\right)\\ <1+1+\frac{1}{2!}+\frac{1}{3!}+\frac{1}{4!}+\frac{1}{5!}\left(1+\frac{1}6+\frac{1}6\right)<2.72$
可見左医， $2.72$ 是數(shù)列 $\{e_n\}$ 的上界授帕，而 $e$ 是 $\{e_n\}$ 的上確界，所以 $2.716<e\le 2.72$ 所以 $e\approx 2.72$ 炒辉，誤差不超過0.01豪墅。

(2) 證明令
$f(x)=1+x+\frac{1}{2!}x^2++\frac{1}{3!}x^3+...$
顯然 $f(1)=e$ ，根據(jù)題6.6黔寇，有 $f(x+y)=f(x)f(y)$ 偶器。
再根據(jù)題6.8，就有本題結(jié)論缝裤。

題6.10 數(shù)列 $\{a_n\}$ 的通項公式為 $a_n=\left(1+\frac{1}n\right)^n,n\ge1\\$
(1) 討論數(shù)列 $\{a_n\}$ 的單調(diào)性屏轰。
(2) 討論數(shù)列 $\{a_n\}$ 的的收斂性。
解 (1) $a_{n+1}=\left(1+\frac{1}{n+1}\right)^{n+1}=1+C_{n+1}^1\left(\frac{1}{n+1}\right)+C_{n+1}^2\left(\frac{1}{n+1}\right)^2+...+C_{n+1}^n\left(\frac{1}{n+1}\right)^{n}+C_{n+1}^{n+1}\left(\frac{1}{n+1}\right)^{n+1} \\> 1+C_{n+1}^1\left(\frac{1}{n+1}\right)+C_{n+1}^2\left(\frac{1}{n+1}\right)^2+...+C_{n+1}^n\left(\frac{1}{n+1}\right)^{n} \\=1+1+\frac{1}{2!}\left(1-\frac{1}{n+1}\right)+,,,+\frac{1}{n!}\prod_{k=1}^{n-1}{\left(1-\frac{k}{n+1}\right)} \\>1+1+\frac{1}{2!}\left(1-\frac{1}{n}\right)+,,,+\frac{1}{n!}\prod_{k=1}^{n-1}{\left(1-\frac{k}{n}\right)}\\ \\= 1+C_n^1\left(\frac{1}n\right)+C_n^2\left(\frac{1}n\right)^2+...+C_n^n\left(\frac{1}n\right)^n =\left(1+\frac{1}n\right)^n=a_n$
所以 $\{a_n\}$ 單調(diào)遞增憋飞。

(2) $a_n=\left(1+\frac{1}n\right)^n=1+C_n^1\left(\frac{1}n\right)+C_n^2\left(\frac{1}n\right)^2+...+C_n^n\left(\frac{1}n\right)^n\\ =2+\frac{1}{2!}\left(1-\frac{1}n\right)+\frac{1}{3!}\left(1-\frac{1}n\right)\left(1-\frac{2}n\right)+...+\frac{1}{n!}\prod_{k=1}^{n-1}{\left(1-\frac{k}n\right)}\\ \le \sum_{k=0}^n{\frac{1}{k!}}<e$
所以 ${a_n}$ 有上界霎苗；同時因為 ${a_n}$ 單調(diào)遞增，所以 ${a_n}$ 收斂榛做。
$\blacksquare$
題6.11 數(shù)列 $\{a_n\}$ 的通項公式為 $a_n=\left(1-\frac{1}n\right)^n,n\ge1\\$
(1) 討論數(shù)列 $\{a_n\}$ 的單調(diào)性唁盏。
(2) 討論數(shù)列 $\{a_n\}$ 的的收斂性内狸。
解 (1) 方法1：考察函數(shù) $y=\left(1-\frac{1}x\right)^x\\$
取對數(shù)： $\ln y = x\ln\left(1-\frac{1}x\right)$
利用微分算子： $\mathrmz1rndb3{\ln y}=\mathrm9frpjvf{\left[x\ln\left(1-\frac{1}x\right)\right]}$
得： $\frac{\mathrmldftfrjy}{y}=\ln\left(1-\frac{1}x\right)\mathrm d{x}+\frac{x}{1-\frac{1}x}\cdot \frac{1}{x^2}\mathrm d{x}=\ln\left(1-\frac{1}x\right)\mathrm d{x}+\frac{1}{x-1}\mathrm d{x}$
即得： $\tag{6.11.1}y'=\frac{\mathrm d y}{\mathrm d x}=\left(1-\frac{1}x\right)^x\left[\ln\left(1-\frac{1}x\right)+\frac{1}{x-1}\right]$
再者，設 $y_1=\ln\left(1-\frac{1}x\right)+\frac{1}{x-1}=\ln (x-1)-\ln x+\frac{1}{x-1}$
求導得： $y_1'=\frac{1}{x-1}-\frac{1}x-\frac{1}{(x-1)^2}=\frac{x^2-x-(x-1)^2-x}{(x-1)^2x}=-\frac{1}{(x-1)^2x}$
所以厘擂，當 $x>1$ 時昆淡， $y_1'<0$ ，所以 $y_1$ 嚴格遞減于 $(1,\infty)$ 刽严。
注意到： $\lim_{x\rightarrow\infty} y_1=0$ 昂灵，所以 $\forall x>1,y_1>0$ 。
再由 $\forall x>1,(1-1/x)^x>0$ 及(6.11.1)知舞萄， $\forall x>1,y'>0$ 眨补。
從而得函數(shù) $y=\left(1-\frac{1}x\right)^x$ 嚴格遞增于 $(1,\infty)$ 。這說明數(shù)列 $a_n$ 單調(diào)遞增倒脓。
方法2 自然數(shù) $n\ge 1$ 撑螺，這里可以利用均值不等式： $\left(1-\frac{1}{n^2}\right)^n\left(1+\frac{1}n \right) \\ <\left( \frac{n\left(1-\frac{1}{n^2}\right)+1+\frac{1}n}{n+1}\right)^{n+1}=1$
上式等價于： $\left(1-\frac{1}n\right)^n\left(1+\frac{1}n\right)^{n+1}<1\\\Leftrightarrow \left(1-\frac{1}n\right)^n<\left(1-\frac{1}{n+1}\right)^{n+1}$
上式說明 $a_n$ 單調(diào)遞增。
(2) 顯然 $\forall n\in \mathbb N_+,a_n<1$ 把还，結(jié)合其單調(diào)遞增性实蓬， $\{a_n\}$ 單調(diào)遞增且有上界，所以數(shù)列 $\{a_n\}$ 收斂吊履。
$\blacksquare$

題6.12 求證： $\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{1}n\right)}\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1-\frac{1}n\right)}=1$
解根據(jù)題6.10及題6.11安皱， ${\left(1+\frac{1}n\right)}^n,{\left(1-\frac{1}n\right)}^n$ 收斂，所以： $\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{1}n\right)}\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1-\frac{1}n\right)}\\ =\lim_{n\rightarrow\infty}{{\left(1+\frac{1}n\right)}^n{\left(1-\frac{1}n\right)}^n}\\ =\lim_{n\rightarrow\infty}{ \left( 1-\frac{1}{n^2} \right)^n }=\lim_{n\rightarrow\infty}{\left[ \left( 1-\frac{1}{n^2} \right)^{n^2}\right ]^{1/n} }=1$
$\blacksquare$

定理6.13 $e$ 是無理數(shù)艇炎。

定理6.14 $\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{1}n\right)^n}=e$
證明設 $e_n=\sum_{k=0}^n{\frac{1}{k!}}\\ a_n=\left(1+\frac{1}n\right)^n,n\ge1\\$
根據(jù)二項式定理： $\tag{6.14.1}a_n=1+\sum_{i=1}^n{ \frac{1}{i!}\prod_{j=0}^{i-1}{\left(1-\frac{j}n\right)} }$
根據(jù)題6.10知酌伊， $a_n$ 收斂，且容易證明 $a_n<e_n$ 缀踪，所以： $\tag{6.14.2}a=\lim_{n\rightarrow \infty}{a_n}\le \lim_{n\rightarrow \infty}{e_n}=e$
另一方面居砖，設 $f(m,n)=1+\sum_{i=1}^m{ \frac{1}{i!}\prod_{j=0}^{i-1}{\left(1-\frac{j}n\right)} },m\le n$
顯然有 $a>a_n>f(m,n)\\$
當 $n\rightarrow \infty$ 時， $f(m,n)\rightarrow e_m$ 驴娃，所以 $\forall m \in \mathbb N,a\ge e_m$ 奏候。所以 $\tag{6.14.3}a\ge \sup e_m=e$
$(6.14.2)(6.14.3)\Rightarrow a=e\Rightarrow \lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{1}n\right)^n}=e$ ，命題得證唇敞。
$\blacksquare$

定理6.15 $\forall x\in \mathbb R,e^x=\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{x}n\right)^n}$
證明 1) 先證 $x>0$ 的情況：
設 $f_n(x)=\left(1+\frac{x}n\right)^n$ 蔗草，利用二項展開式得：
$f_n(x)=1+x+\frac{1}{2!}\left(1-\frac{1}n\right)x^2+\frac{1}{3!}\left(1-\frac{1}n\right)\left(1-\frac{2}n\right)x^3+...+\frac{1}{n!}\left(1-\frac{1}n\right)\left(1-\frac{2}n\right)...\left(1-\frac{n-1}n\right)x^n$
令 $e_n(x)=1+x+\frac{1}{2!}x^2+...+\frac{1}{n!}x^n$ ，則 $f_n(x)<e_n(x)$
于是疆柔， $\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{x}n\right)^n}\le \lim_{n\rightarrow\infty}{e_n(x)}$ 咒精，即： $\tag{6.15.1}\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{x}n\right)^n}\le e^x$
另一方面，取任意自然數(shù) $m\le n$ 旷档，有 $f_n(x)\ge 1+x+\frac{1}{2!}\left(1-\frac{1}n\right)x^2+\frac{1}{3!}\left(1-\frac{1}n\right)\left(1-\frac{2}n\right)x^3+...+\frac{1}{m!}\left(1-\frac{1}n\right)\left(1-\frac{2}n\right)...\left(1-\frac{m-1}n\right)x^m=f_{n,m}(x)$
所以模叙，任意自然數(shù) $m$ ，有
$\lim_{n\rightarrow \infty}f_n(x)\ge \lim_{n\rightarrow \infty}f_{n,m}(x)=e_m(x)$
所以 $\lim_{n\rightarrow \infty}f_n(x)\ge \lim_{m\rightarrow \infty}e_m(x)$ 鞋屈，即 $\tag{6.15.2}\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{x}n\right)^n}\ge e^x$
$(6.15.1),(6.15.2)\Rightarrow \lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{x}n\right)^n}=e^x$

2)當 $x<0$ 時范咨，因為 $\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{x}n\right)^n}\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{-x}n\right)^n}=\lim_{n\rightarrow \infty}{\left(1+\frac{x}n\right)^n\left(1-\frac{x}n\right)^n}=\left[\lim_{n\rightarrow \infty}{\left(1-\frac{x^2}{n^2}\right)^{n^2}}\right]^{1/n}=1$
所以 $\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{x}n\right)^n}=\left[\lim_{n\rightarrow\infty}{\left(1+\frac{-x}n\right)^n}\right]^{-1}=[e^{-x}]^{-1}=e^x$
綜上所述故觅，命題成立。
$\blacksquare$

定義6.16 （1)令 $S_n=\sum_{k=1}{ a_n}$ 湖蜕，稱 $S_n$ 為級數(shù) $\sum_{n=1}^{\infty} a_n \\$
的前 $n$ 項部分和逻卖。

(2) 如果 $\lim_{n\rightarrow \infty}{S_n}=S$ ，則稱級數(shù) $\sum_{n=1}^{\infty} a_n \\$
收斂于 $S$ 昭抒。

(3) 如果級數(shù) $\sum_{n=1}^{\infty} |a_n| \\$ 收斂，則稱級數(shù)
$\sum_{n=1}^{\infty} a_n \\$
絕對收斂炼杖。

定理6.17 絕對收斂的級數(shù)收斂灭返。
證明設 $\sum_{n=1}^{\infty}{a_n}$ 絕對收斂，可以設 $\tag{6.17.1}\sum_{n=1}^{\infty}{|a_n|}=S'$
取部分和： $\tag{6.17.2}S_n'=\sum_{k=1}^{n}{|a_k|}\\$
$\tag{6.17.3}S_n=\sum_{k=1}^{n}{a_k}\\$
則數(shù)列 $\{S_n'\}$ 收斂于 $S'$ 坤邪，即 $\lim_{n\rightarrow \infty}S_n'=S'$
于是熙含，根據(jù)柯西收斂定理，對于任意 $\epsilon>0$ 存在自然數(shù) $N$ 艇纺，當 $n>m>N$ 時怎静，有： $|S_n'-S_m'|<\epsilon\\$
利用(6.17.2)式，有 $|a_{m+1}|+|a_{m+2}|+...+|a_{n}|<\epsilon$
再由絕對不等式縮放： $|S_n-S_m|=|a_{m+1}+a_m+...+a_n|\\ \le |a_{m+1}|+|a_{m+2}|+...+|a_{n}|<\epsilon$
根據(jù)柯西收斂定理黔衡，得部分和 $\{S_n\}$ 收斂蚓聘，即級數(shù) $\sum_{n=1}^{\infty}a_n$ 收斂，得證盟劫。
$\blacksquare$

題6.18 討論以下級數(shù)收斂性與絕對收斂性
(1) $\sum_{n=1}^{\infty}{(-1)^{n+1}\frac{1}{n^2}}$
(2) $\sum_{n=1}^{\infty}{(-1)^{n+1}\frac{1}{n}}$
解 (1) 絕對收斂夜牡，收斂。(2) 收斂侣签，不絕對收斂塘装。
$\blacksquare$

題6.19 問：全體素數(shù)的倒數(shù)和是收斂還是發(fā)散？

最后編輯于：2022.09.06 17:07:15

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