调和级数发散的原因可归纳为以下两点,结合了数学分析中的核心概念:
通项不趋于0
根据级数收敛的必要条件,若级数收敛,则其通项必须趋于0。然而,调和级数的通项为$frac{1}{n}$,当$n to infty$时,$frac{1}{n}$始终大于0且趋近于0的速度过慢,无法满足收敛条件,因此级数发散。
部分和无限增大
通过比较法可直观展示其发散性:
将调和级数分组:$1 + frac{1}{2} + left(frac{1}{4} + frac{1}{4}right) + left(frac{1}{8} + frac{1}{8} + frac{1}{8} + frac{1}{8}right) + cdots$
每组括号内的和为$frac{1}{2}$,且这样的组有无穷多个,因此部分和趋向于无穷大,证明级数发散。
补充说明 :
调和级数的渐近式为$H_n sim ln(n) + gamma$($gamma$为欧拉-马斯刻若尼常数),表明其发散速度与$ln(n)$相当,但始终趋向无穷。