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文档简介
复习:(1)Taylor公式:若f
(x)有直到(n
+1)阶导数,则:0f
(x)
=nk
=0kf
(k
)
(x
)
0
k!(x
-
x
)n+
R
(x)f
(n+1)
(x)0,n+1(x
-
x
)(n
+1)!n其中R
(x)=0x˛(x
,
x)注意:展开点、展开阶数、余项的形式.(2)Maclaurin公式:若f
(x)有直到(n
+1)阶导数,则:nkf
(k
)
(0)k
!x
+
Rn
(x)f
(x)
=
k
=0f
(n+1)
(qx)n
1(n
+1)!n其中R
(x)
=x+
,
(0<q<1)
0
0nf
(n)
(x
)n!¥n=0f
(x)
=(x
-x
)
(1)一、泰勒级数:若f
(x)在U
(x0
)内能展开成x
-x0的幂级数,则:所得必为Taylor展开式:12.4
函数展开成幂级数(1)式右边称为f
(x)在x0处的Taylor
级数.nf
(n)
(0)n!¥n=0f
(x)
=
x
(2)注:当x0
=
0时,
有:若f
(x)在U
(0)内能展开成x的幂级数,则:所得必为Maclaurin展开式:(2)式右边称为f
(x)的Maclaurin
级数.二、函数f
(x)展开成x的幂级数:1、前提:函数存在各阶导数.2、展式形式:若存在则唯一即M.展式.3、方法:直接法、间接法.Th、若f
(x)在U
(x0
)内有各阶导数,则:
0
0f
(x)
=nf
(n)
(x
)n!¥n=0(x
-x
)0n
1f
(n+1)
(x)(x-x
)
+
=0nnfi
¥limR
(x)
=limnfi
¥
(n+1)!三、函数f
(x)展开成x的幂级数的方法:1、直接法:(1)求f(x)的各阶导数在x=0处的值f
(n
)(0),n
=0,1,2,f
(n)
(0)n=0n!xn及其I
',I;¥(2)写出f
(
n
+1)
(x)'n
+1(3)验证x
˛
I
时limn
fi
¥x
=
0(n
+1)!nf
(n)
(0)n!¥x
,
x˛
I(4)得f
(x)=n=0(1)ex
=n!1
xn
,
(x
˛
R)¥n=0
1
2n-1(2)sin
x
=(
1)-
n+1¥n=1x
,(x˛
R)(2n-1)!例1、由直接法及相关性质得常用公式:(教材P281---285)x2nn=01(
1)n,(x˛
R)(2n)!¥cos
x
=
-n=0n!¥
n
ax
=
(ln
a)
xn
,(a
>
0,
a
„1,
x
˛
R)¥(3)
1
=xn,(|
x|<1)1-xn=01(3.1)1+x¥n=0=(-1)n
xn,(|
x|<1)(-1)n
x2n,(|
x
|<1)1+x2
=¥n=0
1
(3.2)n+1
1
n
+1(4)ln(1+
x)
=x
,(-1<
x
£1)n(-1)¥n=02n+1¥n=0
1
2n
+1(5)
arctan
x
=x
,(-1£
x
£1)n(-1)n=0An¥*(6)
(1+
x)m
=
m
xn
,
(|
x
|<1)n!(二项展开式)=1-
1
x
+
13
x2
-
13
5
x3
+
13
5
7
x4
-,(-1<
x
£1)2 2
4 2
4
6 2
4
6
8n
(2n-1)!!
n(2n)!!=1+(-1)x
,
(-1
<
x
£1)¥n=11(6.1) 1+
x
=
(1+
x)2=1+
1
x
-
1
x2
+
13
x3
-
135
x4
+,(|
x
|£1)2 2
4 2
4
6 2
4
6
8-12=
(1+
x)(6.2)
1
1+x2、间接法:采取变量替换、初等运算、分析运算等利用公式求幂级数.1
+
2
x21例2、将f
(x)=展开成x的幂级数.n=01n¥1-x解:
=x
,(|
x
|<1)¥n=0=
(-2x2
)n
,(|
-2x2
|<1)即:f
(x)=¥n=0n
2n(-2)
x
,2
22
2x˛(-
,
)2
1\
f
(x)
=1-(-2x
)1例3、将f(x)=展成x
-2的幂级数.x
-
531=
-
1x
-
5
3
1-(
x-2
)1\
f
(x)
=,
x˛(-1,5)3¥1
x
-
2
n3=
-
n=0
1n(x
-2)¥n+1n=0
-3\
f
(x)
=3,
x-2
<1n=01n¥1-x解:
=x
,(|
x
|<1)1\
f
(x)
=n(xln
2)
,n!¥n=0例4、将f
(x)展开成x的幂级数:(1)
f
(x)
=
2x解:
f
(x)=2x
=(eln2
)x
=exln2ex
=
1
xn
,(x
R)¥˛n=0
n!(ln
2)nn!nx
,
(x
˛
R)¥即:f
(x)=n=0(xln2˛
R)(2)
f
(x)
=1+x
-2x2x1
,3
1-
x1-(-2x)
解:
f
(x)
=
1
1
-11-xnx
,(|
x|¥n=0=<1),33nn1
¥
1
¥n=0n=0\
f
(x)
=x
-(-2x)
,
(|
x|<1且|
-2x|<1)3nx
,¥1-(-2)n即:f
(x)=n=01 1
x˛-
,2
233nn
n1
¥
1
¥n=0=x
-(-2)
x
,
n=033nn1
¥
1
¥n=0n=0\
f
(x)
=x
-(-2x)
,
(3)y
=
f
(x)
=ln(1-
x
-2x2
)分析:(1)函数y
=ln(1+x)+ln(1-2x);(2)记A
=ln(1+x),B
=ln(1-2x);(3)得幂级数A,B及收敛域I1
,I
2;(4)所求y
=A
+B且I
=I1
I2
.解:
y
=ln(1+x)+ln(1-2x);且ln(1+x)=,n+1n
xn+1¥n=0(-1)n=0n
(-2x)n+1ln(1-2x)
=(-1),n+1¥n
xn+1¥n=0\
y
=(-1)¥n=0n
(-2x)n+1+(-1)n+1,n+12-1
£x
<
12(-1<
x
£1)(-1<-2x
£1)xn+1,¥(-1)n
-2n+1n+1即:y
=n=0
1
1x˛
-
,
2
21、前提条件:有各阶导数2、展式的形式:T.展式或M.展式3、展开方法:直接法、间接法4、常用公式(1)--(5)及其应用作业12--4:285页2(2,4)小结:函数展开成幂级数一、主要知识:1、级数的概念、性质和常用结论.2、级数审敛法:正项级数、交错级数、任意项级数.3、幂级数收敛半径、收敛域的求法.4、幂级数求和及应用.5、展开函数成幂级数.第十二章 总结1、级数的概念、性质和常用结论的记用.2、判断任意项级数的敛散性:绝对收敛、条件收敛、发散;3、求幂级数的收敛半径R、收敛域I;4、求幂级数的和函数并解决相关问题;5、展开函数成幂级数.322--323页总习题十二:3,5(1,2),7(3,4)二、常见题型::1
24=
1
S
(x)-S
(x)
,
x
˛
(-1,1)1114¥¥n+1
1
n-1
1
n+1-n-1
2
2
n=2n=2解A
=n-11411记A(x)=n
-1n
+1x
-xn+1¥n=2¥n=2¥n=2
1
.(n2
-1)2n1、求A
=三、思考与练习:1n=21
,=1-x¥xn-2S'
(x)
=x2'2S
(x)
=n¥x
=1-xn=210dt
=-ln(1-x)1-tx\
S
(x)
=t222dt
=-1
x
-x-ln(1-x)01-txS2(x)
=1214S
(x)\
A(x)
=
S
(x)-
\所求A
=A
1
1
1
38
2
41
2
=25
38
4+
+
ln1-
=-
ln221
324=
x
+x+
ln(1-x)
1
n+112¥¥n=0I
=n+1
n
1xn=0¥n+1n=0n+1令S(x)=n=01-xS'
(x)
=xn
=
1
¥S(x)
=-ln(1-x)n=0¥
1
=ln(2
+
2)2
\所求In
=S
解:易得,则当x
˛
(-1,1)时02、设In
=p
4¥n=0nIn.sin
x
cosxdx,求1+x2f
'(x)
=
1
(
1
+
1 )
+14
1+x
1-x
2¥
¥=-1+x4n
=x4n
1
-1=
1
-1n=0
n=1(|x|<1)1-x44n0xx
dx¥x
¥4n
dx
=
(
n=1
n=1\
f
(x)
=0
x1x4n+1¥=4n+1n=13、将f
(x)=1
ln
1
+x
+1
arctan
x
-x4 1
-
x
2展成x的幂级数.解:
f
(0)=0
且当|
x
|<1时an
-an+1
‡0an
‡an+1\{an
}单减有下界nnnfi
¥=
a
£
a
liman+1证(1)an=
1
a
+
1
‡12
a
n
n2
a
nfi
¥(1)极限lim
an存在;anna¥n=1u
=¥n
1
1
4、设a1
=
2,
an+1
=
a
+
,求证:
n=1n+1
-1收敛.(2)级数(akn\
Sn
£a1k=11ak+11a1-
1
)
=
a
(
1
-
1
)11ak+1-
)
= -1a1
1
a
a1
a£
a
(\{Sn
}单增有上界-
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