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文档简介
1、第三节函数项级数的一致收敛性本节将讨论函数项级数有关性质。定义 1设 ,是集合E上的函数列,我们称形为 +为E上的函数项级数,简记为。其中称为第n项.+也记为. 记号中n可以用其它字母代之. 同研究常数项级数一样,我们类似可以定义其收敛性。定义2 设是集合E上的函数项级数,记=+,它称为级数的部分和函数(严格地说是前n 项部分和函数).称为的部分和函数列。如果在点收敛,我们也说在点收敛或称为该级数的收敛点。如果在点收敛,我们称在点绝对收敛。非常容易证明绝对收敛一定收敛。的收敛域也称为该级数的收敛域。如果在点不收敛,我们说在点发散。如果在D上点态收敛于,我们称在D上点态收敛于. 称为该级数的的和
2、函数。称为该级数关于前n 项部分和的余项. 称为该级数的余项函数列. 如果在D上一致收敛于,我们称在D上一致收敛于,或在D上一致收敛. 如果在D上内闭一致收敛于,我们称在D上内闭一致收敛.用的进行叙述将是:设是D上函数项级数,是D上函数。 若对任意>0,总存在一个正数正数N(只能依赖于,绝对不依赖于x),当时,对一切的,总有,则称该函数项级数在D上一致收敛于. 同样一致收敛一定点态收敛.例1定义在(,+)上的函数项级数(几何级数)的部分和函数是 .显然当|x|<1时 .时,几何级数是发散的。其收敛域是(1,1). 显然几何级数在(1,1)上不是一致收敛的. 函数列的有关结论,都可以
3、不加证明地推广到函数项级数.定理11. 8(函数项级数一致收敛Cauchy准则)函数项级数在集合D上一致收敛的充分必要条件是: 对任意>0,总存在正数N,使得当正整数m,n,有m>n>N时,对一切的xD,都有 。 .推论在D上一致收敛的必要条件是在D上一致收敛于0。 反之未必(请读者举例).定理11. 9在D上一致收敛的充分必要条件是其余项函数列一致收敛于0.定理11. 10(Weierstrass判别法)设是收敛的正项级数,是D上的函数项级数。如果,则在D上一致收敛。证明 因正项级数收敛,所以,任意>0,存在正数N, 当(m>n) 时,.那么对任意,由Cauch
4、y准则,得证。例在(,+)上一致收敛。定理11. 11(Abel判别法)设函数项级数在D上一致收敛,函数列在D上一致有界,即存在常数M, 使得,如果关于n是单调的,那么 在D上一致收敛。证明 因一致收敛,所以任意>0,存在正数N, 当 (m>n) 时,对所有。又.由一致收敛Cauchy准则即证。定理11. 12(Dirichlet判别法)设D上函数项级数的部分和函数列在D上一致有界,函数列在D上一致收敛于0,如果关于n是单调的,那么 在D上一致收敛。证明 因的部分和函数列在D上一致有界, 所以存在M>0,使得满足, 所以. 又在D上一致收敛于0,所以任意>0,存在正数N
5、, 当 时,对所有。当 (m>n) 时,对所有.又由Cauchy一致收敛准则即证。例如果常数列单调收敛于0,那么在(0,2)上内闭一致收敛。证明数列收敛于0意味着关于x一致收敛于0,对任意(0,2)的子集a, b,当记 M=min >0, 则任意a, b中的x,有 .所以 .由Dirichlet判别法知道,原级数在(0,2)上内闭一致收敛. 下面将给出与函数列相应的一些性质,不于证明:定理11. 13(连续性)若函数函数项级数的每一项在区域D上都连续。如果在D上一致收敛于,则其和函数在D上也连续。即.定理11. 14(逐项可积性)设函数列在上一致收敛,每一项在上都连续, 则 .即积
6、分与无限求和运算可交换。定理11.15(逐项可微性)设函数列在上满足:(1) 有连续导函数;(2)点态收敛于;(3)一致收敛于,则在上可导,并且,即 . 也就是说在一定条件下,求导运算与无限求和运算交换顺序。定理11. 16设函数项级数在区域D上点态收敛于,如果(1) 在 D上连续;(2)在D上连续;(3)对D上每个固定的x, 不变号,则 在D上一致收敛于.习题 11-31. 判别下列级数的一致收敛性1) ; 2)3) 4);2. 设在(0, 1 )里单调增加, 0,(n=1,2,). 如果在 (0, 1 )里点态收敛,且有上界, 那么在(0, 1 )里一致收敛. 且3. 证明当x 整数时收敛, 其和函数是为1的周期函数, 并且当x 整数时,和函数连续.4. 设在a,b上连续(n=1,2,), 在 (a,b1 )里一致收敛, 证明在a,b 上一致收敛.5. 设是(0, 1)中的两两不同的数列, 讨论
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