通项为i/k的级数A. 收敛B. 发散
A. 收敛
B. 发散
题目解答
答案
解析
本题考查级数敛散性的判断,解题思路是利用级数收敛的必要条件来判断通项为$\frac{i}{k}$的级数的敛散性。
级数收敛的必要条件为:若级数$\sum_{k = 1}^{\infty}a_{k}$收敛,则$\lim_{k\rightarrow\infty}a_{k}=0$。其逆否命题为:若$\lim_{k\rightarrow\infty}a_{k}\neq0$,则级数$\sum_{k = 1}^{\infty}a_{k}$发散。
对于给定的级数,其通项$a_{k}=\frac{i}{k}$,这里$i$为虚数单位,$i^2 = - 1$。我们来求$\lim_{k\rightarrow\infty}a_{k}$,即$\lim_{k\rightarrow\infty}\frac{i}{k}$。
根据极限的运算法则,对于常数$C$和变量$x$,$\lim_{x\rightarrow\infty}\frac{C}{x}=0$($C$为常数)。在$\lim_{k\rightarrow\infty}\frac{i}{k}$中,$i$是常数,$k$是趋于无穷大的变量,所以$\lim_{k\rightarrow\infty}\frac{i}{k}=i\lim_{k\rightarrow\infty}\frac{1}{k}$。
因为$\lim_{k\rightarrow\infty}\frac{1}{k}=0$,所以$i\lim_{k\rightarrow\infty}\frac{1}{k}=i\times0 = 0$,这里我们发现原思路有误,重新考虑。
实际上,我们可以将级数$\sum_{k = 1}^{\infty}\frac{i}{k}=i\sum_{k = 1}^{\infty}\frac{1}{k}$,而$\sum_{k = 1}^{\infty}\frac{1}{k}$是调和级数,根据调和级数的性质可知$\sum_{k = 1}^{\infty}\frac{1}{k}$是发散的。
对于一个非零常数$C$和发散级数$\sum_{k = 1}^{\infty}a_{k}$,级数$C\sum_{k = 1}^{\infty}a_{k}$也是发散的,因为$i\neq0$,所以$i\sum_{k = 1}^{\infty}\frac{1}{k}$即$\sum_{k = 1}^{\infty}\frac{i}{k}$是发散的。