高等数学幂级数

1、高等数学课件幂级数2022/9/8高等数学课件第1页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件一、 函数项级数的概念设为定义在区间 I 上的函数项级数 .对若常数项级数敛点,所有收敛点的全体称为其收敛域 ;若常数项级数为定义在区间 I 上的函数, 称收敛,发散 ,所有为其收 为其发散点, 发散点的全体称为其发散域 .机动 目录 上页 下页 返回 结束 第2页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件为级数的和函数 , 并写成若用令余项则在收敛域上有表示函数项级数前 n 项的和, 即在收敛域上, 函数项级数的和是

2、 x 的函数 称它机动 目录 上页 下页 返回 结束 第3页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件例如, 等比级数它的收敛域是它的发散域是或写作又如, 级数级数发散 ;所以级数的收敛域仅为有和函数 机动 目录 上页 下页 返回 结束 第4页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件二、幂级数及其收敛性 形如的函数项级数称为幂级数, 其中数列下面着重讨论例如, 幂级数为幂级数的系数 .即是此种情形.的情形, 即称 机动 目录 上页 下页 返回 结束 第5页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期

3、四2022/9/8高等数学课件发 散发 散收 敛收敛发散定理 1. ( Abel定理 ) 若幂级数则对满足不等式的一切 x 幂级数都绝对收敛.反之, 若当的一切 x , 该幂级数也发散 . 时该幂级数发散 ,则对满足不等式证: 设收敛,则必有于是存在常数 M 0, 使阿贝尔 目录 上页 下页 返回 结束 第6页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件当 时, 收敛,故原幂级数绝对收敛 .也收敛,反之, 若当时该幂级数发散 ,下面用反证法证之.假设有一点满足不等式所以若当满足且使级数收敛 ,面的证明可知,级数在点故假设不真. 的 x , 原幂级数也发散

4、 . 时幂级数发散 ,则对一切则由前也应收敛, 与所设矛盾,证毕机动 目录 上页 下页 返回 结束 第7页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件幂级数在 (, +) 收敛 ;由Abel 定理可以看出, 中心的区间. 用R 表示幂级数收敛与发散的分界点,的收敛域是以原点为则R = 0 时,幂级数仅在 x = 0 收敛 ;R = 时,幂级数在 (R , R ) 收敛 ;(R , R ) 加上收敛的端点称为收敛域.R 称为收敛半径 ， 在R , R 可能收敛也可能发散 .外发散;在(R , R ) 称为收敛区间.发 散发 散收 敛收敛发散机动 目录 上页

5、 下页 返回 结束 第8页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件定理2. 若的系数满足证:1) 若 0,则根据比值审敛法可知:当原级数收敛;当原级数发散.即时,1) 当 0 时,2) 当 0 时,3) 当 时,即时,则 机动 目录 上页 下页 返回 结束 第9页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件2) 若则根据比值审敛法可知,绝对收敛 ,3) 若则对除 x = 0 以外的一切 x 原级发散 ,对任意 x 原级数因此因此 的收敛半径为说明:据此定理因此级数的收敛半径机动 目录 上页 下页 返回 结束 第

6、10页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件对端点 x =1, 的收敛半径及收敛域.解:对端点 x = 1, 级数为交错级数收敛; 级数为发散 . 故收敛域为例1.求幂级数 机动 目录 上页 下页 返回 结束 第11页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件例2. 求下列幂级数的收敛域 :解: (1)所以收敛域为(2)所以级数仅在 x = 0 处收敛 .规定: 0 ! = 1机动 目录 上页 下页 返回 结束 第12页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件例3

7、.的收敛半径 .解: 级数缺少奇次幂项,不能直接应用定理2,比值审敛法求收敛半径.时级数收敛时级数发散 故收敛半径为 故直接由机动 目录 上页 下页 返回 结束 第13页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件例4.的收敛域.解: 令 级数变为当 t = 2 时, 级数为此级数发散;当 t = 2 时, 级数为此级数条件收敛;因此级数的收敛域为故原级数的收敛域为即机动 目录 上页 下页 返回 结束 第14页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件三、幂级数的运算定理3. 设幂级数及的收敛半径分别为令则有 :

8、其中以上结论可用部分和的极限证明 .机动 目录 上页 下页 返回 结束 第15页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件说明:两个幂级数相除所得幂级数的收敛半径可能比原来两个幂级数的收敛半径小得多.例如, 设 它们的收敛半径均为但是其收敛半径只是 机动 目录 上页 下页 返回 结束 第16页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件定理4 若幂级数的收敛半径(证明见第六节)则其和函在收敛域上连续,且在收敛区间内可逐项求导与逐项求积分,运算前后收敛半径相同: 注: 逐项积分时, 运算前后端点处的敛散性不变.机动

9、 目录 上页 下页 返回 结束 第17页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件解: 由例2可知级数的收敛半径 R+.例5.则故有故得的和函数 .因此得设机动 目录 上页 下页 返回 结束 第18页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件例6. 的和函数解: 易求出幂级数的收敛半径为 1 ,x1 时级数发散,机动 目录 上页 下页 返回 结束 第19页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件例7. 求级数的和函数解: 易求出幂级数的收敛半径为 1 , 及收敛 ,

10、机动 目录 上页 下页 返回 结束 第20页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件因此由和函数的连续性得:而及机动 目录 上页 下页 返回 结束 第21页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件例8.解: 设则机动 目录 上页 下页 返回 结束 第22页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件而故机动 目录 上页 下页 返回 结束 第23页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件内容小结1. 求幂级数收敛域的方法1)

11、对标准型幂级数先求收敛半径 , 再讨论端点的收敛性 .2) 对非标准型幂级数(缺项或通项为复合式)求收敛半径时直接用比值法或根值法,2. 幂级数的性质两个幂级数在公共收敛区间内可进行加、减与也可通过换元化为标准型再求 .乘法运算. 机动 目录 上页 下页 返回 结束 第24页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件2) 在收敛区间内幂级数的和函数连续;3) 幂级数在收敛区间内可逐项求导和求积分.思考与练习 1. 已知处条件收敛 , 问该级数收敛半径是多少 ?答:根据Abel 定理可知, 级数在收敛 ,时发散 .故收敛半径为机动 目录 上页 下页 返回

12、 结束 第25页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件2. 在幂级数中,n 为奇数n 为偶数能否确定它的收敛半径不存在 ?答: 不能. 因为当时级数收敛 ,时级数发散 ,说明: 可以证明比值判别法成立根值判别法成立机动 目录 上页 下页 返回 结束 第26页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件P215 1 (1), (3), (5), (7), (8) 2 (1), (3)P257 7 (1), (4) 8 (1), (3) 作业第四节 目录 上页 下页 返回 结束 第27页，共29页，2022年，5月20日，21点26分，星期四2022/9/8高等数学课件阿贝尔(1802 1829)挪威数学家, 近代数学发展的先驱者. 他在22岁时就解决了用根式解5 次方程的不可能性问题 , 他还研究了更广的一 并称之为阿贝尔群. 在级数研究中, 他得 到了一些判敛准则及幂级数求和定理. 论的奠基人之一, 他的一系列工作为椭圆函数