数项级数补完。

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2023-03-01 23:49:18 +08:00
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因此$\{S_n\}$的奇偶子列有相同的极限$S$,因此$\{S_n\}$也是以$S$为极限的收敛数列,即
\[\sum_{n = 1}^\infty (-1)^{n - 1} a_n\]
收敛。
\end{proof}
\end{proof}
现在我我们考虑交错级数的推广——乘积型级数:$\sum a_n b_n$
\begin{lemma}[分部求和公式——Abel引理]
$\alpha_i, \beta_i \in \realnum, 1 \leq i \leq p$,则
\begin{enumerate}[label=(\arabic{*})]
\item
\[B_k = \sum_{i = 1}^k \beta_i, k = 1, 2, \dots, p\]
\[\sum_{i = 1}^p \alpha_i \beta_i = \sum_{i = 1}^{p - 1} \left(\alpha_i - \alpha_{i + 1}\right)B_i + \alpha_p B_p\]
\item$\alpha_1 \geq \alpha_2 \geq \dots \geq \alpha_p$(或$\alpha_1 \leq \alpha_2 \leq \dots \leq \alpha_p$),且$\abs{B_k} \leq L, k = 1, 2, \dots, p$,则
\[\abs{\sum_{i = 1}^p \alpha_i \beta_i} \leq L \left(\abs{\alpha_1} + 2\abs{\alpha_p}\right)\eqper\]
\end{enumerate}
\end{lemma}
\begin{theorem}[Dirichlet判别法]
$\{a_k\}, \{b_k\}$是两个数列,$S_k = \dsum_{l = 1}^k a_l$。如果$\{b_k\}$单调趋于0$\{S_k\}$有界,那么级数$\sum a_kb_k$收敛。
\end{theorem}
\begin{theorem}[Abel判别法]
如果$\{a_n\}, \{b_n\}$满足$\{b_n\}$单调有界,且$\sum a_n$收敛,那么级数$\sum a_n b_n$收敛。
\end{theorem}
\section{绝对收敛与条件收敛}
\begin{theorem}
如果$\sum \abs{a_n}$收敛,那么$\sum a_n$也收敛。
\end{theorem}
\begin{proof}
$a_n^+ = \dfrac{\abs{a_n} + a_n}{2}, a_n^- = \dfrac{\abs{a_n} - a_n}{2}$$a_n^+ \geq 0, a_n^- \geq 0$,那么
\[\abs{a_n} = a_n^+ + a_n^- \geq a_n^+, a_n^- \geq 0\]
已知$\sum \abs{a_n}$收敛,由比较判别法得到$\sum a_n^+, \sum a_n^-$都收敛。注意$a_n = a_n^+ - a_n^-$,因此
\[\sum a_n = \sum a_n^+ - \sum a_n^-\]
收敛。
\end{proof}
\begin{definition}
如果$\sum \abs{a_n}$收敛,则称级数$\sum a_n$绝对收敛;
如果$\sum a_n$收敛,但$\sum \abs{a_n}$发散,则称$\sum a_n$条件收敛。
\end{definition}
\begin{remark}
$\sum a_n$发散,$\sum b_n$发散,$\sum (a_n \pm b_n)$收敛性未定;
$\sum a_n$条件收敛,$\sum b_n$条件收敛,$\sum (a_n \pm b_n)$收敛;
$\sum a_n$绝对收敛,$\sum b_n$绝对收敛,$\sum (a_n \pm b_n)$绝对收敛;
$\sum a_n$绝对收敛,$\sum b_n$条件收敛,$\sum (a_n \pm b_n)$条件收敛;
$\sum a_n$绝对收敛,$\sum b_n$发散,$\sum (a_n \pm b_n)$发散;
$\sum a_n$条件收敛,$\sum b_n$发散,$\sum (a_n \pm b_n)$发散。
\end{remark}
\begin{remark}
正项级数的收敛判别法都可以用来判断绝对收敛。
\end{remark}
\begin{theorem}[Cauchy根式判别法]
若存在$0 < q < 1$,使得$n$充分大以后$\sqrt[n]{\abs{a_n}} \leq q$,则级数$\sum a_n$绝对收敛;
若有无穷多个$n$使得$\sqrt[n]{\abs{a_n}} \geq 1$,则级数$\sum a_n$发散。
\end{theorem}
\begin{theorem}[Cauchy根式判别法的极限形式]
$\tolim{n}{\infty} \sup \sqrt[n]{\abs{a_n}} = q$,则$\sum a_n$$q < 1$时绝对收敛,在$q > 1$时发散。
\end{theorem}
\begin{theorem}[D' Alembert比值判别法]
若存在$0 < q < 1$,使得$n$充分大以后$a_n \neq 0, \abs{\dfrac{a_{n + 1}}{a_n}} \leq q$,则级数$\sum a_n$绝对收敛;
$n$充分大以后$a_n \neq 0, \abs{\dfrac{a_{n + 1}}{a_n}} \geq 1$,则级数$\sum a_n$发散。
\end{theorem}
\begin{theorem}[D' Alembert比值判别法的极限形式]
$n$充分大后,$a_n \neq 0$
$\tolim{n}{\infty} \sup \abs{\dfrac{a_{n + 1}}{a_n}} < 1$,则级数$\sum a_n$绝对收敛;
$\tolim{n}{\infty} \inf \abs{\dfrac{a_{n + 1}}{a_n}} > 1$,则级数$\sum a_n$发散。
\end{theorem}
\begin{theorem}
交换绝对收敛级数中无穷多项的次序,所得的新级数仍然绝对收敛,其和也不变。
\end{theorem}
\begin{theorem}[Riemann]
$\sum a_n$条件收敛,则对任意的$\lambda \in \realnum \cup \{+\infty\} \cup \{-\infty\}$,都存在重排$\sum a_n^\prime$满足$\sum a_n^\prime = \lambda$
\end{theorem}