11.03任意项级数与交错级数
一正一负的对账封面场景

任意项级数与交错级数 · 沉浸式数学故事

一正一负的对账

财务往来一收一付,金额逐笔缩小。正负抵消可以让账目稳定,但要先问绝对值能否收敛,再判断是否只是条件收敛。

第 11 章 · 无穷级数 · 5 幕故事 · 1 个训练

一正一负的对账:一笔收入一笔支出,符号开始影响累计。

往来账 · 收付交替

一笔收入一笔支出,符号开始影响累计。

任意项级数允许 aₙ 有正有负。交错级数常写为 Σ(−1)ⁿ⁻¹bₙ,其中 bₙ>0。

b₁−b₂+b₃−b₄+⋯正负抵消是新机制,不能照搬正项判据。
一正一负的对账:若不靠抵消也能收住,原级数当然更稳。

先看绝对值

若不靠抵消也能收住,原级数当然更稳。

若 Σ|aₙ| 收敛,则 Σaₙ 绝对收敛,并且原级数收敛。

Σ|aₙ|收敛 ⇒ Σaₙ绝对收敛绝对收敛比普通收敛更强。
一正一负的对账:金额单调减小并趋零,交错账就能抵得稳。

莱布尼茨判据

金额单调减小并趋零,交错账就能抵得稳。

若 bₙ 单调不增且 bₙ→0,则交错级数 Σ(−1)ⁿ⁻¹bₙ 收敛。

bₙ↓,bₙ→0两个条件缺一不可。
一正一负的对账:原账能稳定,绝对值账却可能越加越大。

条件收敛

原账能稳定,绝对值账却可能越加越大。

若 Σaₙ 收敛而 Σ|aₙ| 发散,称条件收敛;交错调和级数就是典型例子。

条件收敛:Σaₙ收敛,Σ|aₙ|发散先判绝对,再判交错。
一正一负的对账:截断后的剩余误差,不超过下一笔金额。

误差有上界

截断后的剩余误差,不超过下一笔金额。

满足莱布尼茨条件时,用前 n 项近似级数和,余项绝对值不超过 bₙ₊₁。

|Rₙ|≤bₙ₊₁这让交错级数可以按精度要求决定计算项数。
一正一负的对账训练场景

尾声 · 带着方法进课堂

故事落幕,判断才刚开始。

把这一课的条件、公式与易错点带进最后一次判断。

交错级数满足 bₙ 单调不增且 bₙ→0,可由什么判据断定收敛?
再读一遍

互动实验 · 加一笔减一笔的对账1 − ½ + ⅓ − ¼ + ⋯

忽高忽低地对账,最终夹出一个数

正负交替的级数,部分和像对账一样忽多忽少:加一笔冲过头,减一笔又回来一点。只要每笔绝对值 bₙ 单调递减且趋零,这串忽高忽低的部分和就越夹越紧,收敛到中间那个数——这里是 ln2≈0.693。而且任何一步的误差,都不超过下一笔 bₙ₊₁。拉动项数,看上下两串部分和把极限夹在中间。

部分和 Sₙ · 奇偶两串夹住 ln2 S = ln2 ≈ 0.693 项数 n →