记浙江省首届高等数学竞赛非数学类最后一题
最近刷题目卡在最后一题了, 题目是这样的:
从题目中容易解出来
所以要证明$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{b_{n}}{a_{n}}$的收敛性, 最先想到的是证明级数的各项能被$a_{n}$的某固定常数倍控制, 于是
但右边似乎没有办法被很好的控制, 因为我最后构造了一个反例, 反例大概是这样的
使用$\frac{1}{n^{2}}$是因为众所周知的$\zeta(2)=\frac{\pi^{2}}{6}$, 来确保级数$\sum a_{n}$的收敛性. $1+\frac{1}{m}$项是为了能让项$\frac{a_{n+1}-a_{n}}{a_{n}}$在$n=m^{2}$时得到$\frac{1}{m}$, 这可以取遍调和级数的所有项, 从而使$\frac{a_{n+1}-a_{n}}{a_{n}}$形成的部分和含有发散子列$\frac{1}{m}$.
这是我怀疑上面的不等式在放大的过程中放的太过了, 所以有必要直接考虑$\frac{b_{n}}{a_{n}}$在$n$很大时的变化趋势, 根据上面的构造, 选取$n=m^{2}$是合适的. 所以可以计算
这说明上面的不等式并没有放的过大, $\sum\frac{b_{n}}{a_{n}}$有发散的子列$\sum\frac{b_{m^{2}}}{a_{m^{2}}}$. (我在这里并没有验证$b_{n}$的正负, 事实上其后的的一项刚好是$-\frac{1}{m}$, 但这已经给出了一个构造反例的思想. 比如选择$a_{m^{2}+1}=\frac{2}{(m^{2}+1)^{2}}$并结合Cauchy收敛准则.)
于是上网搜索正确的问题应当是怎么样的. 得到正确的问题表述其实是
现在问题就简单了, 直接考虑$\left|a_{n}\right|\ll1$时的情况, 有以下控制
然后用比较判别法即可.
比较判别法是判断无穷级数收敛, 条件收敛, 绝对收敛, 区间收敛或发散的方法. 也叫作比较审敛法, 比较审敛原理.