題6.1 把展開成
的冪級數(shù)(
)。
解法1 設(shè),則
上式右邊系數(shù)為
,比較系數(shù):
所以,,最后:
解法2 如圖6.1.1,列除法豎式:

所以,
題6.2 把展開
的成冪級數(shù)。
解法1 設(shè),則
上式的系數(shù)為
,比較系數(shù)得:
所以,,所以:
解法2 如下圖,列除法豎式:

所以,
定理6.3 收斂。
證法1 (裂項相消法)
所以遞增且有上界,所以數(shù)列
收斂,所以級數(shù)
收斂。
證法2
再者,所以
遞增且有上界,所以數(shù)列
收斂,所以級數(shù)
收斂。
定理6.4 收斂。
證明
這說明部分和有界且遞增,所以級數(shù)
收斂。
定義6.5
題6.6 ,求證:對于任意的實數(shù)
。
證明
題6.7 把展開成冪級數(shù)。
解 設(shè)其中
,則
比較系數(shù)得:
解得:
所以,
題6.8 已知,正值函數(shù)
滿足如下條件:
a).
b).
證明:
(1) ;
(2);
證明 (1) 對利用數(shù)學(xué)歸納法:
當(dāng)時,易驗證命題成立。
假設(shè)當(dāng)命題成立,即
。當(dāng)
,利用a),b)推導(dǎo)如下:
。
綜上,對于任意的自然數(shù)。
(2) 分幾種情況討論:
第一種情況:當(dāng),根據(jù)條件b)得:
因是正值的,所以
.
第二種情況:當(dāng),得:
以上兩種情況解決了正有理數(shù)的問題,接下去:
第三種情況:為負(fù)有理數(shù),注意到:
變形得:
。
第四種情況:當(dāng)的情況顯然成立。
綜上四種情況,對于任意的有理數(shù)。
題6.9
(1) 四舍五入求的近似值,使誤差不大于
(2)證明:
(1) 解 設(shè),則根據(jù)定義
顯然,對于任意的
,所以
同時,對于任意的有:
可見,是數(shù)列
的上界,而
是
的上確界,所以
所以
,誤差不超過0.01。
(2) 證明 令
顯然,根據(jù)題6.6,有
。
再根據(jù)題6.8,就有本題結(jié)論。
題6.10 數(shù)列的通項公式為
(1) 討論數(shù)列的單調(diào)性。
(2) 討論數(shù)列的的收斂性。
解 (1)
所以單調(diào)遞增。
(2)
所以有上界;同時因為
單調(diào)遞增,所以
收斂。
題6.11 數(shù)列的通項公式為
(1) 討論數(shù)列的單調(diào)性。
(2) 討論數(shù)列的的收斂性。
解 (1) 方法1:考察函數(shù)
取對數(shù):
利用微分算子:
得:
即得:
再者,設(shè)
求導(dǎo)得:
所以,當(dāng)時,
,所以
嚴(yán)格遞減于
。
注意到:,所以
。
再由及(6.11.1)知,
。
從而得函數(shù)嚴(yán)格遞增于
。這說明數(shù)列
單調(diào)遞增。
方法2 自然數(shù),這里可以利用均值不等式:
上式等價于:
上式說明單調(diào)遞增。
(2) 顯然,結(jié)合其單調(diào)遞增性,
單調(diào)遞增且有上界,所以數(shù)列
收斂。
題6.12 求證:
解 根據(jù)題6.10及題6.11,收斂,所以:
定理6.13 是無理數(shù)。
定理6.14
證明 設(shè)
根據(jù)二項式定理:
根據(jù)題6.10知,收斂,且容易證明
,所以:
另一方面,設(shè)
顯然有
當(dāng)時,
,所以
。所以
,命題得證。
定理6.15
證明 1) 先證的情況:
設(shè),利用二項展開式得:
令,則
于是,,即:
另一方面,取任意自然數(shù),有
所以,任意自然數(shù),有
所以,即
2)當(dāng)時,因為
所以
綜上所述,命題成立。
定義6.16 (1)令,稱
為級數(shù)
的前項部分和。
(2) 如果,則稱級數(shù)
收斂于。
(3) 如果級數(shù)收斂,則稱級數(shù)
絕對收斂。
定理6.17 絕對收斂的級數(shù)收斂。
證明 設(shè)絕對收斂,可以設(shè)
取部分和:
則數(shù)列收斂于
,即
于是,根據(jù)柯西收斂定理,對于任意存在自然數(shù)
,當(dāng)
時,有:
利用(6.17.2)式,有
再由絕對不等式縮放:
根據(jù)柯西收斂定理,得部分和收斂,即級數(shù)
收斂,得證。
題6.18 討論以下級數(shù)收斂性與絕對收斂性
(1)
(2)
解 (1) 絕對收斂,收斂。(2) 收斂,不絕對收斂。
題6.19 問:全體素數(shù)的倒數(shù)和是收斂還是發(fā)散?