无穷级数与收敛
比值判别法
比值判别法追问每一项与前一项相比大小如何。若长程来看每一项都比其前驱小一个固定的比例,则该级数表现得像一个收缩的几何级数而收敛;若每一项倾向于更大,则它爆涨。当各项含有阶乘或指数时,这是首选的判别法。
形式上,考虑 L = lim |a_{n+1} / a_n|(若普通极限不存在,则取上极限)。则:若 L < 1,级数 sum a_n 绝对收敛;若 L > 1(或比值趋于无穷),级数发散;若 L = 1,判别法无效,不提供任何信息。证明的思路正是几何比较:当 L < 1 时,尾段被一个公比略大于 L 的收敛几何级数所控制。
对 L = 1 这一盲点要坦白:每个 p-级数的比值极限都是 1,然而有些收敛(p > 1)有些发散(p <= 1),故比值判别法无法区分它们。当 L = 1 时,改用根值判别法(它至少同样有力)、积分判别法或比较判别法。比值判别法恰恰在比值有一个远离 1 的干净极限时大放异彩。
对 sum 1/n!,比值 |a_{n+1}/a_n| = n!/(n+1)! = 1/(n+1) -> 0 < 1,故级数收敛(从 n = 1 起其和为 e - 1,从 n = 0 起为 e)。
阶乘使比值判别法天然适用;此处比值趋于 0。
又称
另见