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什麼樣的數列收斂

圖文 更新时间:2025-02-06 23:37:34

我們繼續聊級數,這次我們的主角是:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)1

我們上次講到了發散收斂,那這個級數究竟是發散的還是收斂的呢?

你一看,我的老天,這也太難了吧,我根本看不懂。

莫慌,我們還是用老辦法,一步一步來分析:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)2

我們化簡一下,可以得到:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)3

我們展開上面那個通式後,發現依然毫無頭緒,在這個異常複雜的數學表達式裡,它究竟蘊含着怎樣的秘密呢?

于是,我們需要理所應當地引入一些數學工具了:

首先,為了簡化上面那個級數的研究内容,我們定義出一些新的東西來方便描述它:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)4

An的意思是“數列”,它把這個複雜的東西包括進去了

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)5

我們姑且把這個稱為交錯因子

這個交錯因子有什麼用呢?我給大家舉個例子

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)6

我們引入收斂域和收斂半徑的概念:

什麼是收斂域呢?舉個例子,你就明白了:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)7

我們代-1到1之間的所有實數用可以使得上式成立,可是你假如超過了上面這個範圍就不成立了:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)8

我們就把(-1,1)稱為上面這個級數的收斂域

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)9

上面的級數隻有在這個範圍内才是收斂的

收斂半徑R又是什麼呢?

關于收斂半徑R,大家先簡單理解為收斂域左右端點值(正的那個1)。

怎麼求這個收斂半徑呢,今天我隻請出大數學家達朗貝爾來描述這個問題。

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)10

達朗貝爾(1717~1783),法國數學家,哲學家。1717 年11月 17 日生于巴黎,1783年10月29日卒于同地。他是聖讓勒隆教堂附近的一個棄嬰 ,被一位玻璃匠收養,後來這個教堂的名字就成了他的教名 。達朗貝爾在數學、力學和天文學等許多領域都作出了巨大的貢獻。————百度百科

達朗貝爾說道,我有一個定理,能幫你求出收斂半徑:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)11

達朗貝爾定理

于是,我們用上這個公式,進行計算:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)12

收斂半徑R:

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我們現在得到了收斂域(-1/3,1/3), 你說道——這就是收斂域!

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)14

然而,萊布尼茲又出來說話了:我們必須考慮臨界的端點位置,數學是嚴謹的,你這個收斂域很可能缺少了東西。

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)15

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)16

既然如此,我們不得不帶進去看一下實際情況。當x=-1/3時:

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這個級數是發散的,所以不能取端點。

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我們萊布尼茲交錯級數判别法:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)19

則在這一點是收斂的。

所以,我們得到了真正的收斂域:

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)20

什麼樣的數列收斂(大自然的鬼斧神工)21

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