目录
- A组
- B组
- 2.下列命题正确的是( )。
(A)若un<vn(n=1,2,3,⋯),则n=1∑∞un⩽n=1∑∞vn;
(B)若un<vn(n=1,2,3,⋯),n=1∑∞vn收敛,则n=1∑∞un收敛;
(C)若n→∞limvnun=1,n=1∑∞vn收敛,则n=1∑∞un收敛;
(D)若wn<un<vn(n=1,2,3,⋯),n=1∑∞wn与n=1∑∞vn收敛,则n=1∑∞un收敛。
- C组
- 写在最后
A组
7.设0⩽un⩽n1,则下列级数一定收敛的是( )。
(A)n=1∑∞un;
(B)n=1∑∞(−1)nun;
(C)n=1∑∞un;
(D)n=1∑∞(−1)nun2.
解 如n=1∑∞n1,(A),(C)错误。
如n=1∑∞2n(−1)n+1,(B)错误。
因0⩽un⩽n1,有un2⩽n21,而n=1∑∞n21收敛,由正项级数的比较判别法知,n=1∑∞un2收敛,故n=1∑∞(−1)nun2绝对收敛,从而收敛,故选(D)。(这道题主要利用了反例求解)
20.判别下列正项级数的敛散性。
(3)n=1∑∞(3n+1−3n).
解
3n+1−3n=3(n+1)2+3n(n+1)+3n21⩾33(n+1)21
又n=1∑∞(n+1)321=n=2∑∞n321发散,由比较判别法知,n=1∑∞(3n+1−3n)发散。(这道题主要利用了分子有理化求解)
21.设级数n=1∑∞an条件收敛,判别级数n=1∑∞nan(x−1)n在点x1=3,x2=3处的收敛性。
解 由题设条件n=1∑∞an收敛,可知n=1∑∞anxn的收敛半径R=1。若R<1,则n=1∑∞anxn∣∣∣∣x=1=n=1∑∞an发散,与已知矛盾;若R>1,则n=1∑∞anxn∣∣∣∣x=1=n=1∑∞an绝对收敛,与已知矛盾。
由于n=1∑∞nanxn=xn=1∑∞nanxx−1=xn=1∑∞(anxn)′的收敛半径与n=1∑∞anxn收敛半径相同,即R=1,收敛区间为(−1,1)。
当x1=3时,考察n=1∑∞nan(x−1)n,由于∣3−1∣<1,因此n=1∑∞nan(x−1)n在x1=3处绝对收敛;
当x2=3时,考察n=1∑∞nan(x−1)n,由于∣3−1∣>1,因此n=1∑∞nan(x−1)n在x2=3处发散。(这道题主要利用了分类讨论求解)
B组
2.下列命题正确的是( )。
(A)若un<vn(n=1,2,3,⋯),则n=1∑∞un⩽n=1∑∞vn;
(B)若un<vn(n=1,2,3,⋯),n=1∑∞vn收敛,则n=1∑∞un收敛;
(C)若n→∞limvnun=1,n=1∑∞vn收敛,则n=1∑∞un收敛;
(D)若wn<un<vn(n=1,2,3,⋯),n=1∑∞wn与n=1∑∞vn收敛,则n=1∑∞un收敛。
解 因为只有当级数收敛时,才能比较其和的大小,故(A)错误。
若取级数n=1∑∞(−n1)与n=1∑∞n21,可见(B)错误。
若取级数n=1∑∞n(−1)n与n=1∑∞[n(−1)n+n1],可见(C)错误。
故选(D)。(这道题主要利用了反例求解)
C组
6.设函数fn(x)=∫0xt(1−t)sin2ntdt(x>0),其中n为正整数。
(1)证明fn(x)在区间(0,+∞)上存在最大值;
解 由fn′(x)=x(1−x)sin2nx=0,解得函数fn(x)在(0,+∞)内的所有驻点为x0=1及xk=kπ,k=1,2,⋯。易知,x0=1是fn(x)在(0,+∞)上的唯一极值点且为极大值点,所以fn(1)是fn(x)在(0,+∞)上的最大值。
(2)记an为函数fn(x)在(0,+∞)上的最大值(n⩾1),证明级数n=1∑∞an收敛。
解 因为an=fn(1)=∫01t(1−t)sin2ntdt(n⩾1),且当0⩽t⩽2π时有sint⩽t,所以0⩽an⩽∫01t(1−t)t2ndt=∫01t2n+1dt−∫01t2n+2dt=2n+21−2n+31⩽n21。利用比较判别法,由n=1∑∞n21收敛可知,级数n=1∑∞an收敛。(这道题主要利用了放缩法求解)
7.
(1)设f(x)为任意阶可导函数,且f(x)=n=1∑∞anxn,若f(x)为奇函数,证明f(x)=n=1∑∞a2n−1x2n−1;
解 由f(x)为奇函数,即f(x)=−f(−x),于是有n=1∑∞anxn=−n=1∑∞an(−x)n=n=1∑∞(−1)n+1anxn,比较两端x同次项系数,得an=(−1)n+1an。
当n=2k为偶数时,a2k=−a2k,则a2k=0,k=0,1,2,⋯;
当n=2k−1为奇数时,a2k−1=a2k−1,k=1,2,⋯。
综上可知,f(x)=k=1∑∞a2k−1x2k−1,亦可写成f(x)=n=1∑∞a2n−1x2n−1。
(2)将函数f(x)=∫0xex2−t2dt展开为x的幂级数。
解 f(x)=ex2⋅∫0xe−t2dt为奇函数,由(1),设f(x)=n=1∑∞a2n−1x2n−1。
对求导f(x)=∫0xex2−t2dt,得f′(x)=2xf(x)+1,即n=1∑∞(2n−1)a2n−1x2n−2=n=1∑∞2a2n−1x2n+1,也即n=1∑∞(2n+1)a2n+1x2n+a1=n=1∑∞2a2n−1x2n+1。
比较两端同次项系数,得a1=1,于是
a2n+1=2n+12a2n−1=2n+12⋅2n−12a2n−3=⋯=2n+12⋅2n−12⋅⋯⋅32⋅a1=(2n+1)!!2n.
故f(x)=x+n=1∑∞(2n+1)!!2nx2n+1,x∈(−∞,+∞)。(这道题主要利用了微分方程求解)
9.设x>2,证明lnx−2x+2=ln(x−1x+1)2+2n=1∑∞2n−11(x3−3x2)2n−1。
解 令S(u)=n=1∑∞2n−11u2n−1,于是当∣u∣<1时,有S(u)=S(0)+∫0uS′(t)dt=∫0u(n=1∑∞2n−11t2n−1)dt=∫0un=1∑∞t2n−2dt=∫0u1−t21dt=21ln1−u1+u。代入u=x3−3x2,故n=1∑∞2n−11(x3−3x2)2n−1=21ln(x+1)2(x−2)(x+2)(x−1)2(x>2)。(这道题主要利用了幂级数展开求解)
10.设bn>0,当n⩾2时,bn=bn−1+(n−1)bn−2,b0=b1=1且bn−1bn有界,求n=1∑∞bnn!xn的和函数。
解 记an=n!bn,则n→∞lim∣∣∣∣∣anan+1∣∣∣∣∣=n→∞lim∣∣∣∣∣(n+1)!bn+1⋅bnn!∣∣∣∣∣=n→∞lim∣∣∣∣∣n+11⋅bnbn+1∣∣∣∣∣=0,故收敛区间为(−∞,+∞)。又记S(x)=n=1∑∞bnn!xn,则
S′(x)=n=1∑∞bn(n−1)!xn−1=b1+n=2∑∞[bn−1+(n−1)bn−2](n−1)!xn−1=n=1∑∞bn−1(n−1)!xn−1+n=2∑∞bn−2(n−2)!xn−2⋅x=n=0∑∞bnn!xn+x⋅n=0∑∞bnn!xn
于是S(x)S′(x)=1+x,即∫S(x)1d[S(x)]=∫(1+x)dx,得ln∣S(x)∣=x+2x2+lnC1,也即得S(x)=±C1ex+2x2=Cex+2x2,又S(0)=1,故C=1,于是S(x)=ex+2x2,x∈(−∞,+∞)。(这道题主要利用了微分方程求解)
写在最后
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