例 7.28 证明级数 $\frac{1}{2} + \frac{2}{3} + \frac{3}{4} + \dots$ 是发散的。
解 这里 $u_k = \frac{k}{k+1}$ ,因此达朗贝尔比值判别法不能给出结论(因为 $l=1$ )。然而,我们注意到 $u_n = 1 - \frac{1}{n+1}$ ,所以 $u_n \rightarrow 1$ 当 $n \rightarrow \infty$ 时,由此我们得出结论: $\sum_{k=1}^{\infty} u_k$ 发散。
7.6.3 一般级数的绝对收敛
在实际问题中,我们关注的是可能同时含有正项和负项的级数。绝对收敛级数是这类级数的一种特殊情形。考虑一般级数
$$S = \sum_{k=0}^{\infty} u_k$$
它可能同时含有正项和负项 $u_k$ . 如果相关的级数
$$T = \sum_{k=0}^{\infty} |u_k|$$
是收敛的,那么 $S$ 是收敛的,并被称为绝对收敛。如果无法求得部分和的极限的值 $T_n$ ,我们必须使用其他判别法来确定 $T$ 的收敛(或发散)。一个用于判别级数绝对收敛的简单判别法 $\sum_{k=1}^{\infty} u_k$ 是达朗贝尔比值判别法的自然推广。
| 如果 $\lim_{n \rightarrow \infty} \left \frac{u_{n+1}}{u_n} \right < 1$ 则 | $\sum_{k=0}^{\infty} u_k$ 是绝对收敛的 |
|---|---|
| 如果 $\lim_{n \rightarrow \infty} \left \frac{u_{n+1}}{u_n} \right > 1$ 则 | $\sum_{k=0}^{\infty} u_k$ 发散 |
| 如果 $\lim_{n \rightarrow \infty} \left \frac{u_{n+1}}{u_n} \right = 1$ 则 | 无法得出结论 |
绝对收敛级数具有以下有用的性质:
- 在级数中插入括号不会改变其和;
- 重排级数不会改变其和;
- 两个绝对收敛级数的乘积 $A = \sum a_n$ 和 $B = \sum b_n$ 是绝对收敛级数 $C$ ,其中
$$C = a_1 b_1 + (a_2 b_1 + a_1 b_2) + (a_3 b_1 + a_2 b_2 + a_1 b_3) + (a_4 b_1 + a_3 b_2 + a_2 b_3 + a_1 b_4) + \dots$$
存在收敛但不绝对收敛的级数;也就是说, $\sum_{k=1}^{\infty} u_k$ 收敛但 $\sum_{k=0}^{\infty} |u_k|$ 发散。这类级数中最常见的是交错