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106 台灣大學微積分(B) 第 7 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

106學年度 · 106台大微積分B · 第 7 題

題目

Problem

Part I Multiple Choice

(A) If both ∑n=1∞an\sum_{n=1}^\infty a_n and ∑n=1∞bn\sum_{n=1}^\infty b_n are absolutely convergent, then ∑n=1∞anbn=(∑n=1∞an)⋅(∑n=1∞bn)\sum_{n=1}^\infty a_nb_n=\left(\sum_{n=1}^\infty a_n\right)\cdot\left(\sum_{n=1}^\infty b_n\right).

(B) If ∑n=1∞an\sum_{n=1}^\infty a_n is convergent and ∑n=1∞bn\sum_{n=1}^\infty b_n is divergent, then ∑n=1∞(an+bn)\sum_{n=1}^\infty (a_n+b_n) must be divergent.

(C) Suppose that f(x)f(x) is a positive and continuous function on [1,∞)[1,\infty), and the improper integral ∫1∞f(x) dx\int_1^\infty f(x)\,\mathrm{d}x is convergent. Let an=f(n)a_n=f(n), then ∑n=1∞an\sum_{n=1}^\infty a_n is convergent.

(D) If an≤bna_n\le b_n for all n∈Nn\in\mathbb{N} and ∑n=1∞bn\sum_{n=1}^\infty b_n is convergent, then ∑n=1∞an\sum_{n=1}^\infty a_n must be convergent.

解答

解法一

思路

展開
  • (B) 可用反證法:若和級數收斂,扣掉一個收斂級數後便會迫使另一個收斂。
  • 其餘選項要辨認缺少的條件,並以標準反例否定。

答題過程

展開

若 (B) 的 ∑(an+bn)\sum(a_n+b_n) 收斂,因 ∑an\sum a_n 也收斂,兩個收斂級數相減會得到

∑bn=∑(an+bn)−∑an\sum b_n=\sum(a_n+b_n)-\sum a_n

收斂,這和題設矛盾。因此 (B) 正確。

(A) 的右邊是兩級數的乘積,展開後應對應 Cauchy 乘積,而非逐項乘積;例如取 an=bn=2−na_n=b_n=2^{-n},兩側值便不同。

(C) 缺少積分判別法需要的遞減條件。可讓正連續函數在每個整數 nn 附近有高度 11、寬度極小的尖峰,使積分收斂但 f(n)=1f(n)=1,此時級數發散。

(D) 也缺少非負條件:取 bn=0b_n=0、an=−1a_n=-1,則 an≤bna_n\le b_n 且 ∑bn\sum b_n 收斂,但 ∑an\sum a_n 發散。

故答案為 B\boxed{\text{B}}。