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柯西凝聚判别法计算器

柯西凝聚判别法把「单调递减正项级数」折叠成稀疏的指数加权和:Σaₙ 与 Σ2ᵏ·a₂ₖ 同敛散。调和级数发散、p-级数分界 p = 1 都能用一行凝聚式看清。

柯西凝聚判别法计算器
指数 p(aₙ = 1/(n(ln n)ᵖ))
凝聚项数 K(1 ≤ K ≤ 2000)

原理:柯西凝聚判别法:正项单调递减级数 ∑aₙ 与「二倍步长」级数 ∑2ᵏa₂ₖ 同敛散。对 aₙ = 1/(n(ln n)ᵖ),凝聚项为 2ᵏ/(2ᵏ(ln 2ᵏ)ᵖ) = 1/(k ln2)ᵖ——一个 p 级数,于是 p > 1 收敛、p ≤ 1 发散,一步厘清对数因子之争。

步骤:输入指数 p 与凝聚项数 K;对照凝聚和与原级数部分和的量级;观察 p 越过 1 时两者从「缓慢增长」到「收敛饱和」的转变。

示例:p = 1 时凝聚项 1/(k ln2),前 50 项和 = H₅₀/ln2 ≈ 6.490981229549,与调和级数一样发散;p = 1.5 时 k = 3 的凝聚项 (3 ln2)^(−1.5) = 0.333487781283,凝聚和收敛到 ζ(1.5)/(ln2)^1.5 ≈ 4.282106830544;p = 0.5 时两级数都发散。

注意事项:判别法要求 aₙ 正且单调递减(n ≥ 2 起即可,因为 ln 1 = 0);原级数收敛极慢(p 略大于 1 时尾部贡献巨大),部分和只能看趋势不能当真值;凝聚思想反过来也可用——把难算的离散和放大到二倍格点上。

相关:积分判别法工具给出同款结论的积分版本;比较判别法工具处理逐项放缩;黎曼 zeta 函数工具给出 ζ(1.5) 等参照值;p 级数工具是凝聚后的落脚点。

什么是柯西凝聚判别法计算器?

柯西凝聚判别法在线计算器插图

凝聚判别法是处理单调递减正项级数的利器:把每一项 aₙ 换成按 2 的幂分组的「块和」,级数敛散性与凝聚级数 Σ2ᵏ·a₂ₖ 完全一致。

对 aₙ = 1/nᵖ,凝聚后为 Σ2ᵏ/2ᵏᵖ = Σ(2^(1−p))ᵏ——一个公比 2^(1−p) 的几何级数!p > 1 时公比小于 1 收敛,p ≤ 1 时发散。p-级数的完整分界一行得出。

调和级数发散的凝聚证明是它最漂亮的应用:Σ1/n 凝聚为 Σ1,公比 1 的几何级数,显然发散。

aₙ 正且单调递减时,Σaₙ 与 Σ2ᵏ·a₂ₖ 同敛散;一般凝聚为 Σmᵏ·a_{mᵏ}

凝聚项 cₖ = 2ᵏ·a₂ₖ = a₂ₖ/2⁻ᵏ,指数放大补偿了稀疏抽样。

如何使用柯西凝聚判别法计算器

  1. 1

    输入通项 aₙ(用 n 的表达式,如 1/n^1.5 或 1/(n*ln(n)))。

  2. 2

    输入凝聚底数 m(默认 2)与凝聚项数 K。

  3. 3

    查看凝聚项 2ᵏ·a₂ₖ 的逐项值、凝聚级数部分和,以及与原级数部分和的对照与敛散判定。

计算示例

例 1p = 1.5 收敛

aₙ = 1/nᵖ、p = 1.5:凝聚项 = 2^(−0.5k),几何级数收敛,原级数收敛。

例 2调和级数发散

aₙ = 1/n:凝聚项恒为 1,发散——调和级数发散的凝聚证明。

例 31/(n·ln n) 发散

aₙ = 1/(n·ln n):凝聚项 = 2ᵏ/(2ᵏ·k·ln 2) = 1/(k·ln 2),调和型仍发散。

例 41/(n·(ln n)²) 收敛

aₙ = 1/(n·(ln n)²):凝聚项 = 1/(k²·ln²2),收敛(对数积分判别同结论)。

注意事项

  • 判别法要求 aₙ 非负且单调递减;不递减的级数凝聚后结论不可靠。

  • 底数 m 可取任意大于 1 的整数,结论不变;m = 2 最常用。

  • 凝聚级数部分和只是判定工具,不等于原级数的和。

  • 表达式支持 ^、()、ln() 与常数 pi;p 取负值时通项不趋零,级数直接发散。

  • K 项凝聚和只能反映趋势,判定以几何公比/参照级数为准。

常见问题

aₙ 正且单调递减时,Σaₙ 与 Σ2ᵏ·a₂ₖ 同敛散;一般凝聚为 Σmᵏ·a_{mᵏ}。 凝聚项 cₖ = 2ᵏ·a₂ₖ = a₂ₖ/2⁻ᵏ,指数放大补偿了稀疏抽样。 在柯西凝聚判别法计算器中输入参数即可按此公式自动求解,无需手工推导。

判别法要求 aₙ 非负且单调递减;不递减的级数凝聚后结论不可靠;底数 m 可取任意大于 1 的整数,结论不变;m = 2 最常用。 其余细节见页面注意事项一节。

p = 1.5 收敛:aₙ = 1/nᵖ、p = 1.5:凝聚项 = 2^(−0.5k),几何级数收敛,原级数收敛。

首先,输入通项 aₙ(用 n 的表达式,如 1/n^1.5 或 1/(n*ln(n)))。 然后,输入凝聚底数 m(默认 2)与凝聚项数 K。 全程在页面内完成,结果即时更新。

凝聚判别法是处理单调递减正项级数的利器:把每一项 aₙ 换成按 2 的幂分组的「块和」,级数敛散性与凝聚级数 Σ2ᵏ·a₂ₖ 完全一致。

两者同属相关计算链条:积分判别法解决的是与之衔接的另一层问题。完成柯西凝聚判别法计算后,页面底部相关推荐区可直接跳转到积分判别法计算器继续演算,参数在同类工具间口径一致,交叉验证更方便。

调和级数发散:aₙ = 1/n:凝聚项恒为 1,发散——调和级数发散的凝聚证明。

输入通项 aₙ(用 n 的表达式。超出合理范围的输入可能导致结果无实际意义,页面注意事项一节标明了边界条件与单位口径。

本页柯西凝聚判别法计算器与页面内的公式、示例、对照表同源,全部数字由同一套程序实时计算。可用一个已知算例代入验证:先在示例一节找到演算过程,再用相同参数在计算器中复算一遍,两次结果一致即说明口径无误。

计算过程按双精度浮点执行,结果默认保留 4 位有效小数,页面会按数值大小自动切换科学计数法。对照表中的数值与计算器输出完全同源,不存在手工四舍五入引入的偏差。

利用单调性做块夹逼:2ᵏ⁻¹·a₂ᵏ ≤ a₂ᵏ⁻¹⁺₁ + … + a₂ᵏ ≤ 2ᵏ⁻¹·a₂ᵏ⁻¹,块和与凝聚项相互控制,部分和同时有限或同时无限。

凝聚后公比为 2^(1−p):p > 1 公比 < 1 收敛,p ≤ 1 公比 ≥ 1 发散。指数 2ᵏ 恰好抵消多项式衰减里 p = 1 的临界。

两者对单调正项级数等效。通项含 ln n 时积分判别更自然;通项是纯幂函数时凝聚判别只需初等运算。

参考资料

  1. [1]NIST DLMF:数学函数与公式权威参考
  2. [2]Wolfram MathWorld:数学条目百科
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凯文内容作者Calcton 数学编辑组 口径审核Calcton 编辑组 交叉审核· 内容更新于 2026-10-03

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引用本页

GB/T 7714 格式

Calcton. 柯西凝聚判别法计算器[EB/OL]. https://www.calcton.com/condensation-test, 2026-10-03.

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参考来源与更新说明

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最后更新:2026-10-03。

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