无穷级数 / 幂级数展开与收敛域 / 比较、比值、交错或幂级数收敛判别 / 幂级数端点敛散性的逐点检验
求幂级数 $\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1}\dfrac{(x-1)^n}{n}$ 的收敛区间。
正确答案
$(0,2]$
题目解析
【解】令 $t=x-1$,则原幂级数化为 $\\[ \sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1}\dfrac{t^n}{n}. \\]$ 记系数 $a_n = \dfrac{(-1)^{n-1}}{n}$。首先计算收敛半径 $R$: $$ R = \lim_{n\to\infty} \left| \dfrac{a_n}{a_{n+1}} \right| = \lim_{n\to\infty} \dfrac{n+1}{n} = 1. $$ 故当 $|t|<1$ 即 $|x-1|<1$ 时级数绝对收敛,解得 $0<x<2$。接下来讨论端点处的敛散性:
1. 当 $x=2$ 时,$t=1$,级数为 $\sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{(-1)^{n-1}}{n}$。这是交错调和级数,满足莱布尼茨判别法条件(项的绝对值单调递减趋于零),故收敛。
2. 当 $x=0$ 时,$t=-1$,级数为 $\sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{(-1)^{n-1}(-1)^n}{n} = \sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{-1}{n} = -\sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{1}{n}$。这是调和级数的相反数,发散。
综上所述,该幂级数的收敛区间为 $(0,2]$。
因此,幂级数的收敛区间为 $(0,2]$。
1. 当 $x=2$ 时,$t=1$,级数为 $\sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{(-1)^{n-1}}{n}$。这是交错调和级数,满足莱布尼茨判别法条件(项的绝对值单调递减趋于零),故收敛。
2. 当 $x=0$ 时,$t=-1$,级数为 $\sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{(-1)^{n-1}(-1)^n}{n} = \sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{-1}{n} = -\sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{1}{n}$。这是调和级数的相反数,发散。
综上所述,该幂级数的收敛区间为 $(0,2]$。
因此,幂级数的收敛区间为 $(0,2]$。