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絕對收斂與重排

大三 · 分析

觀念

NS(N)024681012-10123Σ(−1)ⁿ/n:收斂到 −ln 2Σ|(−1)ⁿ/n| = Σ1/n:發散

∑an\sum a_n 絕對收斂 (absolutely convergent) 是 ∑∣an∣\sum|a_n| 收斂;收斂但不絕對收斂叫條件收斂 (conditionally convergent)。絕對收斂 ⟹ 收斂(Cauchy 判準 + 三角不等式),反向不成立:∑(−1)nn\sum\frac{(-1)^n}{n} 收斂到 −ln⁡2-\ln2,但絕對值是調和級數。

兩者的行為天差地遠。Riemann 重排定理:條件收斂的級數可以重新排列成收斂到任何實數、甚至發散——因為正項部分的和發散到 +∞+\infty、負項部分的和發散到 −∞-\infty,可以輪流取用去逼近目標。絕對收斂的級數則怎麼重排、怎麼分組,和都不變。

判定:先對 ∑∣an∣\sum|a_n| 用比值、比較、pp-級數檢定;不行再對原級數試交錯級數檢定。算例:∑sin⁡nn2\sum\frac{\sin n}{n^2} 絕對收斂(被 1n2\frac{1}{n^2} 壓住);∑(−1)nn\sum\frac{(-1)^n}{\sqrt n} 條件收斂。

冪級數在收斂半徑內絕對收斂,而且在半徑內的每個閉區間上一致收斂,所以可以逐項微分、積分、乘開——這是泰勒級數能當多項式用的理由。

例題

級數 ∑n≥1(−1)nn\displaystyle \sum_{n\ge1} \frac{(-1)^n}{n} 是絕對收斂、條件收斂,還是發散?

  1. ① 條件收斂
  2. ② 發散
  3. ③ 絕對收斂
看解法與答案

步驟:先看 ∑∣an∣\sum|a_n| 收不收斂;不收斂再看原級數是否收斂(一般項趨近 0?交錯級數檢定?)。

絕對值是調和級數 ∑1n\sum\frac1n,發散;但 1n\frac1n 遞減趨近 0,交錯級數檢定收斂。

選 ①「條件收斂」。所以不是絕對收斂(絕對值級數發散),也不是發散(原級數收斂)。

答案: 條件收斂

用在哪裡

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