对无穷序列 ,它们的和: ( )称为无穷级数。(无穷级数是一个和)
如果 时 存在极限A: (A可以是有确定符号的无穷),那么就称 为级数的和。如果 为有限数则称 收敛,如果为 或极限不存在则称为发散。
如果 有上界则收敛,否则发散
PS 特殊的正项级数:调和级数
作序列 ,将其极限与 1 比较(即是看其“公比q”是否小于 1)
作序列 ,其极限小于1则收敛,大于1则发散(与柯西判别法原理相同)
每个级数 都是一个序列中的项 自然可以应用序列的定理:柯西收敛原理:对 都有 使得 任取n, m > N, 都有
即只要足够靠后, (见 第二节基本定理 第2条)
证明:假如n个项中有k个正项,m个负项,
把 中的正项 抽出作和: , 负项去掉负号抽出作和
是收敛的,所以有上界(即它的极限),所以P,Q都有上界。又因为P Q都是正项级数,单调有界必收敛,于是记它们的极限为P,Q当 时,k m都 (如果不是这样,那么k,m中有一个为有限,那么请看PS)
两边同时取极限(上面已经证明了右边存在极限P-Q):
也就是说:一般项级数如果绝对收敛,那么它 条件收敛 且 极限为P-Q
PS 前有限项不是正项级数的,因为修改前有限项不改变其收敛性和发散性,所以可以把它改成正项级数而不影响其敛散性。
①交错级数的绝对值如果单调递减
PS 容易看出,满足以上条件的交错级数的每个余式符号都与 它的 第一项相同,并且绝对值比它的第一项小
无穷乘积有许多性质可以直接类比级数,并且可以通过级数来研究无穷乘积(把无穷乘积的问题转化为级数的问题)。
并且,研究乘积其实也是在研究序列,序列的方法也可以用在乘积上。
当序列 在 时有 有限的或 的 极限P:
则称这个极限P为无穷乘积的值:
如果P为非0的有限数,则称乘积收敛;在其他情况下称其为发散。
由于 ,n充分大时,所有 大于 0. 因此我们修改其前几项,使其全体大于0方便研究。
由于ln的连续性,由海涅定理得 有极限 收敛
为了方便,把乘积因子 写成 (因为 )
1.当对于充分大的n来说,恒有 就有:
级数 与无穷乘积 同时收敛或发散
因为 的敛散性与 等价
(因为 等价无穷小,所以根据比较原理他们同时收敛或发散)
PS 那条件中 保持符号有什么用呢?因为比较原理只能对正项级数使用)
2.如果 同时收敛(这次不要求 符号),则 收敛
3.无穷乘积为0(所有 均大于0的情况下) ln级数为
4.定义无穷乘积的绝对收敛 ln级数绝对收敛
于是绝对收敛的无穷乘积具有可交换性(绝对收敛的 具有可交换性(不需要加绝对值))
级数的主线是:判断一个级数是否收敛
不同形式的级数有着不同的判断方法:
一般项级数:通用判别法是收敛原理,更常见的是 将其转化为正项级数判断,桥梁是绝对值。
特殊的级数:交错级数、乘积级数
判断级数收敛后,收敛的级数就有一定的性质,而这些性质又可以判断其他的相关级数收敛。