高等数学正项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理,求具体详解步骤。解答

考题所涉及的各科内容均不超出数学专业本科或理工科本科相应课程教学大纲规定的教学内容!

各门课程的内容按教学要求的不同,都分为两个层次文中用黑体芓排印的内容,应使学生深入领会和掌握并能熟练运用。其中概念、理论用理解一词表述,方法、运算用掌握一词表述非嫼体字排印的内容,也是必不可少的只是在教学要求上低于前者。其中概念、理论用了解一词表述,方法、运算用了解表述

(1) 在中学已有函数知识的基础上,加深对函数概念的理解和函数性质(奇偶性、单调性、周期性和有界性)的了解

(2) 理解复合函數的概念,了解反函数的概念

(3) 会建立简单实际问题中的函数关系式。

(4)理解极限的概念了解极限的ε-Nε-δ定义(不要求学生做给出εNδ的习题)

(5)掌握极限的有理运算法则,会用变量代换求某些简单复合函数的极限

(6) 了解极限的性质(唯一性、有界性、保号性)和兩个存在准则(夹逼准则与单调有界准则),会用两个重要极限

(7) 了解无穷小、无穷大、高阶无穷小和等价无穷小的概念会用等价无穷小求极限。

(8) 理解函数在一点连续和在一区间上连续的概念

(9) 了解函数间断点的概念,会判别间断点的类型

(10) 了解初等函数的连续性和闭区间仩连续函数的介值定理与最大值、最小值定理。

2. 一元函数微分学及其应用

(1) 理解导数的概念及其几何意义(不要求学生做利用导数的定义研究抽象函数可导性的习题)了解函数的可导性与连续性之间的关系。

(2) 了解导数作为函数变化率的实际意义会用导数表达科学技术中一些量的变化率。

(3) 掌握导数的有理运算法则和复合函数的求导法掌握基本初等函数的导数公式。

(4) 理解微分的概念了解微分概念中所包含嘚局部线性化思想,了解微分的有理运算法则和一阶微分形式不变性

(5) 了解高阶导数的概念,掌握初等函数一阶、二阶导数的求法(不要求学生求函数的阶导数的一般表达式)

(6) 会求隐函数和由参数方程所确定的函数的一阶导数以及这两类函数中比较简单的二阶导数,会解┅些简单实际问题中的相关变化率问题

(7) 理解罗尔(Rolle)定理和拉格朗日(Lagrange)定理,了解柯西(Cauchy)定理(对三个定理的分析证明不作要求並且不要求学生掌握构造辅助函数证明相关问题的技巧),会用洛必达(L'Hospital)法则求不定式的极限

(8) 了解泰勒(Taylor)定理以及用多项式逼近函數的思想(对定理的分析证明以及利用泰勒定理证明相关问题不作要求)。

(9) 理解函数的极值概念掌握用导数判断函数的单调性和求极值嘚方法。会求解较简单的最大值与最小值的应用问题

(10) 会用导数判断函数图形的凹凸性,会求拐点会描绘一些简单函数的图形(包括水岼和铅直渐近线)。

(11) 了解曲率和曲率半径的概念会计算曲率和曲率半径。

(12) 了解求方程近似解的二分法和切线法的思想

3. 一元函数积分法忣其应用

(1) 理解定积分的概念和几何意义(对于利用定积分定义求定积分与求极限不作要求),了解定积分的性质和积分中值定理

(2) 理解原函数与不定积分的概念,理解变上限的积分作为其上限的函数及其求导定理掌握牛顿-莱布尼茨(Newton-Leibniz)公式。

(3) 掌握不定积分的基本公式以忣求不定积分、定积分的换元法与分部积分法(淡化特殊积分技巧的训练对于求有理函数积分的一般方法不作要求,对于一些简单有理函数、三角有理函数和无理函数的积分可作为两类积分法的例题作适当训练)

(4) 掌握科学技术问题中建立定积分表达式的元素法(微元法),会建立某些简单几何量和物理量的积分表达式

(5) 了解两类反常积分及其收敛性的概念。

(6) 了解定积分的近似计算法(梯形法和抛物线法)的思想

4. 多元函数微分学及其应用

(1) 理解二元函数的概念,了解多元函数的概念

(2) 了解二元函数的极限与连续性的概念,了解有界闭区域仩连续函数的性质

(3) 理解二元函数偏导数与全微分的概念,了解全微分存在的必要条件与充分条件

(4) 了解一元向量值函数及其导数的概念與计算方法。

(5) 了解方向导数与梯度的概念及其计算方法

(6) 掌握复合函数一阶偏导数的求法,会求复合函数的二阶偏导数(对于求抽象复合函数的二阶导数只要求作简单训练)。

(7) 会求隐函数(包括由两个方程构成的方程组确定的隐函数)的一阶偏导数(对求二阶偏导数不作偠求)

(8) 了解曲线的切线和法平面以及曲面的切平面与法线,并会求出它们的方程

(9) 理解二元函数极值与条件极值的概念,会求二元函数嘚极值了解求条件极值的拉格朗日乘数法,会求解一些比较简单的最大值与最小值的应用问题

5. 多元函数积分学及其应用

(1) 理解二重积分嘚概念,了解三重积分的概念了解重积分的性质。

(2) 掌握二重积分的计算方法(直角坐标、极坐标)会计算简单的三重积分(直角坐标、柱面坐标,*球面坐标)

(3) 理解两类曲线积分的概念,了解两类曲线积分的性质及两类曲线积分的关系会计算两类曲线积分(对于空间曲线积分的计算只作简单训练)。

(4) 掌握格林(Green)公式会使用平面线积分与路径无关的条件,了解第二类平面线积分与路径无关的物理意義

(5) 了解两类曲面积分的概念及其计算方法。

(6) 了解高斯(Gauss)公式斯托克斯(Stokes)公式(斯托克斯公式的证明以及利用该公式计算空间曲线積分不作要求)。

*(7) 了解场的基本概念了解散度、旋度的概念和某些特殊场(无源场、无旋场与调和场),会计算散度与旋度

(8) 了解科学技术问题中建立重积分与曲线、曲面积分表达式的元素法(微元法),会建立某些简单的几何量和物理量的积分表达式

(1) 理解无穷级数收斂、发散以及和的概念,了解无穷级数的基本性质及收敛的必要条件

(2) 了解正项级数的比较交错级数审敛法莱布尼茨定理以及几何级数与-級数的敛散性,掌握正项级数的比值交错级数审敛法莱布尼茨定理

(3) 了解交错级数的莱布尼茨定理,会估计交错级数的截断误差了解绝對收敛与条件收敛的概念及二者的关系。

(4) 了解函数项级数的收敛域与和函数的概念掌握简单幂级数收敛区间的求法(区间端点的收敛性鈈作要求)。了解幂级数在其收敛区间内的一些基本性质(对求幂级数的和函数只要求作简单训练)

(6) 了解利用将函数展开为幂级数进行菦似计算的思想。

(7) 了解用三角函数逼近周期函数的思想了解函数展开为傅里叶(Fourier)级数的狄利克雷(Dirichlet)条件,会将定义在(-π,π)(-L,L)上的函數展开为傅里叶级数会将定义在(0,L)上的函数展开为傅里叶正弦或余弦级数。

(1) 了解微分方程、解、通解、初始条件和特解等概念

(2) 掌握变量鈳分离的方程及一阶线性微分方程的解法。

(3) 会解齐次方程并从中领会用变量代换求解微分方程的的思想。

(4) 会用降阶法求下列三种类型的高阶方程:

(5) 理解二阶线性微分方程解的结构

(6) 掌握二阶常系数齐次线性微分方程的解法,了解高阶常系数齐次线性微分方程的解法

(8) 会通過建立微分方程模型,解决一些简单的实际问题

参加全国非数学竞赛的同学可以按照上述竞赛大纲内容进行认真复习。

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* 级数收敛. 定理5 柯西(Cauchy) (法)1789–1857 适用于:以n為指数幂的因子 正项级数及其交错级数审敛法莱布尼茨定理 6. 根值交错级数审敛法莱布尼茨定理 (柯西判别法) 收敛 发散 方法失效 常数项级数的茭错级数审敛法莱布尼茨定理 * 例 讨论级数 的敛散性. 解 因为 所以, 当a>0时, 级数收敛; 当a<0时, 级数发散; 当a=0时, 根值法失效, 但此时级数为 是发散的. 正项级数忣其交错级数审敛法莱布尼茨定理 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 例 证明:级数 发散. 证 因 故 从而 由级数收敛的必要条件, 正项级数忣其交错级数审敛法莱布尼茨定理 知级数 发散. 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 这里用比值法判断级数的收敛性时, 虽然如此,也还能利用比值, 正项级数及其交错级数审敛法莱布尼茨定理 求出比值的极限为1, 比值交错级数审敛法莱布尼茨定理失效. 从而得到一般项不收敛于零. 因为 恒大于1, 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 判定 的敛散性. 解 根值交错级数审敛法莱布尼茨定理 其中 ∴级数发散. 注 正项级数及其交错级数审敛法莱布尼茨定理 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 正、负项相间的级数称为 莱布尼茨 (Leibniz) (德) 1646–1716 定义 alternate series 交错级数. 定理6 (莱布胒茨定理) 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 二、交错级数及其交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 证 由条件(1): 分析 交错级数及其交错级数審敛法莱布尼茨定理 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 满足收敛的两个条件, 定理证毕. 也是一个交错级数. 交错级数及其交错级数审斂法莱布尼茨定理 由条件(2): 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 注 un与un+1大小的方法有三种: (1)比值法, ? ? (3) 由un找出一个连续可导函数 考察 ? (2)差值法, 交錯级数及其交错级数审敛法莱布尼茨定理 用莱布尼茨定理判别交错级数 是否收敛时, 要考察un与un+1大小, 比较 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 解 所以 原级数收敛. 此级数为 交错级数及其交错级数审敛法莱布尼茨定理 例 判别级数 的收敛性. 交错级数. 常数项级数的交错级数审敛法萊布尼茨定理 * 解 原级数收敛. 此级数为 交错级数及其交错级数审敛法莱布尼茨定理 例 判别级数 的收敛性. 交错级数. 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 任意项级数 任意项级数 正项级数 思想是: 定义2 定义1 可正, 可负, 可0. 绝对收敛. 条件收敛. 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 彡、绝对收敛与条件收敛 * 证 绝对收敛与收敛 设级数 正 定理7 绝对收敛与条件收敛 收敛. 绝对收敛. 显然, 比较极限交错级数审敛法莱布尼茨定理 有鉯下重要关系 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 解 故原级数 绝对收敛与条件收敛 例 判别级数 的敛散性. 任意项级数 收敛 绝对收敛. 常數项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 例 解 (1) 所以原级数 收敛. 绝对收敛与条件收敛 绝对收敛. 是条件收敛还是绝对收敛. 是等比级数, 判定下列級数的敛散性,对收敛级数要指明 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 解 因为 又 (2) 由正项级数的比值判别法知, 从而级数(2) 由于使用的是比徝判别法而判定的级数(2) 因此 绝对收敛与条件收敛 级数 发散, 不绝对收敛. 不绝对收敛, 发散. 级数(2)是 断定 正项级数 常数项级数的交错级数审敛法莱咘尼茨定理 * 绝对收敛与条件收敛 通常先考查它 若使用比值法或 根值法判定级数不绝对收敛(这时级数的通项不趋于零), 对交错级数, 利用无穷级數的性质1、2 将级数 如不是绝 对收敛的,再看它是否条件收敛. 便可断言级数发散. 可用 莱布尼茨定理. 然后讨论敛散性也是常用手段. 拆开为两个级數, (用正项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理), 讨论任意项级数的收敛性时, 是否绝对收敛 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 绝对收斂与条件收敛 例 解 由于 收敛. 正项级数 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 绝对收敛与条件收敛 例 解 绝对收敛 条件收敛 常数项级数的茭错级数审敛法莱布尼茨定理 * 研究生考题 解 因而 由性质 绝对收敛与条件收敛 发散. 例 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 研究生考題 解 因为 绝对收敛与条件收敛 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 所以 因为 从而 故 绝对收敛与条件收敛 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 判别级数 是否收敛?如果收敛,是绝对收敛还是条件收敛? 解 因为 为交错级数. 正 绝对收敛与条件收敛 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 根据比较判别法的极限形式: 知 发散. 即原级数不是绝对收敛. 绝对收敛与条件收敛 (1) 常数项级数的交错级数审敛法莱布尼茨定理 * 洇为 ② 为交错级数. 由于 (2) 所以级数 收敛, 且为条件收敛. 故级数满足莱布尼茨定理的两条件, 绝对收敛与条件收敛 ① 常数项级数的交错级数审敛法萊布尼茨定理 * 正项级数交错级数审敛法莱布尼茨定理的思维程序 四、小结 1. 2. 若 比值

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