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文档简介
¥二、幂级数的12.3
幂级数一、函数项级数un
(x)的收敛(发散)点;n=1收敛域I;和函数S(x).¥n
n
0a
(x
-x
)收敛半径R;n=0收敛区间I
';收敛域I.三、¥n
nn
=0a
x
的分析性质:(1)(2)(3)12.3
幂级数一、函数项级数的概念:¥若{un
(x)}是定义在区间I上的函数列:u1
(x),u2
(x),u3
(x),,un
(x),,则un
(x)
=u1(x)
+u2
(x)
+u3(x)
++un
(x)
+n=1称为区间I上的函数项级数.¥1、un
(x)在a点收敛(发散)n=1¥常数项级数un
(a)收敛(发散).n=1¥a是un
(x)的收敛(发散)点n=1¥2、un
(x)的收敛域I:n=1¥un
(x)的所有收敛点组成的集合.n=1n=1¥即:I
={x
un
(x)收敛}.¥注:同理有un
(x)的发散域.n=13、和函数:注:若记Sn
(x)=uk
(x),则k
=1nfi
¥x
˛
I时,S(x)=lim
Sn
(x).¥当x
˛
I时,un
(x)均收敛,n=1¥其和随x而变,记为S
(x),并且称S
(x)为un
(x)的和函数.n=1n二、幂级数及其敛散性:1、幂级数的定义:(1)x
=x0时,un
(x)自然收敛;n=00
¥
¥n=0nn=0n
nu
(x)
=
a
x
.(2)x
=0时,形如¥
¥n=0n=00nna
(x
-x
)的函数项级数nu
(x)
=称为幂级数.¥n
3nn解:u
(x)=n2(x
+
1
)n
\
a
=2¥¥(1)n=1nn=1nn
3(2x+1)nu
(x)
=20,
x
=-
1n
3n2nnn
2n(2x
-3)n¥
¥(2)un
(x)
=n=1
n=1例1、写出下列幂级数的an和x0:nn
2解:u
(x)=1
(x
-3
)n\
an
=
1
,
x0
=
3n
2Th1:若nx
+a处收敛,则a
(x
-x
)在
n
0
0¥n=0¥n=000|
x
-x
|<|
a
|时,nna
(x
-x
)绝对收敛;0>|
a
|时,|
x
-
x
|¥n
n
0n=0a
(x
-x
)发散.若00nx
+a处发散,则a
(x
-x
)在
n¥n=02、幂级数的敛散性:(2)I
=(x
–R)称为na
(x
-x
)的收敛区间;n
00'¥n
n
0
0a
(x
-x
)
,若I
„{x
},I
„(-¥,+¥
),Cor:对n=0则$1R
>0使:|
x
-x0
|<R时绝对收敛,|
x
-x0
|>R时发散,x
=x0
–R时可能收敛或发散.(1)R称为
an
(x
-x0
)的收敛半径;n(3)
an
(x
-x0
)的收敛域I:n(x0
–R), [
x0
–R), (
x0
–
R],[x0
–R]之一.C.R
>
3
D.R
‡
3A.R
<
3
B.R
£
3处发散,则其收敛半径练习1、若nna
x
在x
=3¥n=0R的取值范围为(
)练习2、若a
x
在xn=3处条件收敛,则其收敛
n¥n=0半径R的取值范围为(
)D.以上都不对B.R
=
3
C.R
>
3A.R
<
3¥n
=0Th
2:(1)对0nx
)
有:na
(
x
-annfi
¥
an+1R
=
lim
;(2)对缺奇(偶)次项的幂级数¥
¥n=02n-1
n=02nn
0an
(x
-x0
)
有:a
(x
-x
)
及|.anan+1R
=lim
|nfi
¥用比值审敛法可得0(x
-x
)<1时绝对收敛un(
x)lim
un+1
(
x)nfi
¥an=
lim
an+1nfi
¥annfi
¥
an+1<
lim
=
R0此时,x
-x用比值审敛法证明Th2:¥
¥(1)对幂级数n=0n=00nna
(x
-x
)
有:nu
(x)
=¥n=0¥n=02nn
0a
(x
-x
)nu
(x)
=(2)对幂级数<1时绝对收敛0(
x
-
x
)2un
(
x
)lim
un+1
(
x
)nfi
¥an=
lim
an+1nfi
¥=
R
x
-
xanan+1<
limnfi
¥0anan+10nfi
¥此时,
(x
-
x
)2
<
lim及¥n=02n-1an
(x
-x0
)
有:¥n=0nu
(x)
=3、幂级数的收敛域I的求法:¥annfi
¥
an+1R
=
lim0
I
'
=
(x
–
R),(1)对n
n
0n
=0a
(x
-x
)
有:判断x
=x0
–R时原级数的敛散性得I:(x0
–R),
[x0
–R),
(x0
–R],
[x0
–R]之一.(2)对缺奇(偶)次项的幂级数¥
¥n=02n-1
n=02nn
0an
(x
-x0
)
有:a
(x
-x
)
及anan+1R
=lim
|nfi
¥0|
I'
=(x
–R),判断x
=x0
–R时原级数的敛散性得I:(x0
–R),
[x0
–R),
(x0
–R],
[x0
–R]之一.例2、求幂级数的收敛域I:2n+1(-1)n
xnn
n=1
n=1¥
¥(1)u
(x)
=[分析]:(1)由通项un
(x)确定an
,x0;(4)得收敛域I.(3)判断x
=x0
–R时原级数的敛散性;(2)求R
=limnfi
¥0,
得I
'
=
(x
–
R);anan+1详解n解:u
(x)
=n2n+1(-1)
xn\
I
=(-1,1]收敛当x
=1时,原级数为¥n=1(-1)n2
n+1(Leibniz准则)发散¥12n+1当x
=-1时,原级数为n=1(同阶法+调和级数)=
lim
2n+1
(
-1)n+12(
n+1)+1(
-1)nnfi
¥nnfi
¥
an+1R
=
lim
a
0,
x
=0(-1)2n+1\
a
=nn'=1
\
I
=(-1,1)nn!解:u
(x)
=
1
xn\
I
=(-¥,+¥).nfi
¥
an+1\
R
=
lim
n
an!\
an
=
1
,
x0
=0¥¥(2)n!xn=1
n
n=1nu
(x)
==
¥=
lim
1
n!
1
(
n+1)!nfi
¥¥n=0¥(3)n=0nn!xnu
(x)
=n解:u
(x)
=
n!xn\
an
=
n!,
x0
=
0nfi
¥
an+1\
R
=
lim
an(n+1)!=
lim
n!
=
0nfi
¥\
I
={0}\
I
=[-1
–
3)
=[-2,1).2
22=
32n+1(n+1)
3nnfi
¥
n
3nnfi
¥
an+1R
=lim
an
=lim
2n2
21
3n
3nn解:u
(x)=n2(x
+
1
)n
\
a
=2
312
2当x
=-当x
=-+时,-时,原级数为(Leibniz准则)(调和级数)¥¥(4)n=1nn=1nn
3(2x+1)nu
(x)
=20,
x
=-
1n
3n2nn收敛¥n(-1)n发散原级数为n=1¥n=11n\
I
'
=(-1
–
3)2
2\
I
=[3
–1)
=[1
,
5
).2
2
2(n
+1)
=1=lim
1nfi
¥
an+1R
=lim
annfi
¥
n2
3当x
=+1nn
2解:u
(x)=1
(x
-3
)n2
3当x
=-1时,原级数为(Leibniz准则)(调和级数)n
2n(2x-3)n¥
¥(5)un
(x)
=n=1
n=1\
an
=
1
,
x0
=
3n
2收敛¥时,原级数为n(-1)n发散n=1¥n=11n2\
I'
=(3
–1)¥当x
=–1时,原级数为n=1\
I
=[-1,1].=1
\
I
'
=(-1,1)nlim(-1)2(n+1)-1(-1)n+1nfi
¥
an+1R
=
lim
an
=nfi
¥
2n-1¥n=12n-1(-1)n+1均收敛(-1),2n-1n(-2n-11)
x2n-1n解:u
(x)
=n(Leibniz准则)(6)¥¥2n+1n=1n=1n
xu
(x)
=(-1)n2n-10,x
=0且缺偶次项2n-1n=
(-1)\
an=
2
n+1
4-(
n+1)nnfi
¥nfi
¥
an+1R
=
lim
an
=
lim
4-n¥n=1当x
=1–2时,原级数为\
I
=
(1–
2)
=(-1,3).1n均发散(调和级数)(x
-1)2nnn解:u
(x)
=4-n2nn(x
-1)4(7)u
(x)
=n
¥n=1¥n=1-n0,x
=1且缺奇次项\
an-n=
4n\
I
'
=
(1–
2)(1)x
˛
I时,S
(x)连续.=S(x),则:'设x
˛
I
=
(-R,
R)时a
xnn¥n=0¥n-1=nan
xn=1'¥n
na
x
n=0
(2)x
˛
I
'时,S
'(x)=n
)'¥n=0=n(a
x三、的分析性质:¥n
=0nna
x注:分析性质结合
x
1-xnx
=¥n=1x
˛
(-1,1)时¥n=1n-1nx可求形如¥n=0xn+1
的和函数,1n+1及S(t)dt=(3)x
˛
I时,xnx¥n=0a
tn
)dt00(¥n=0xn+1n+1=an¥n=0
0=xnna
t
dtnu
(x)
=2nx2n-1
=(x2n
)''
¥¥
n=1
n=1\
S(x)
=(x2n)'
=x2n
;(4)得S(x),x˛
I.¥例3、求和函数S
(x):(1)S(x)=2nx2n-1n=1[分析]:(1)求R,得I
'=(-R,R);(2)x
˛
I
'时,求S
(x):详解(3)判定x
=–R时原级数敛散性得I;(1-x2)2\
I
'
=
(-1,1)nfi
¥
2(n+1)解:
R=
lim
2n
=1¥n=12n
'n=1¥S(x)
=(x
)
=(x
)¥且x
=–1时原级数为–2n发散(性质5)n=1(1-x2
)2\
S(x)
=
2x
,
x˛
(-1,1))'=
2x
1-x222n
'
=(
x当x
˛
(-1,1)时,[分析]:(1)求R,得I
'=(-R,R);(2)x
˛
I
'时,求S
(x):(3)判定x
=–R时原级数敛散性得I;(4)得S(x),x˛
I.详解¥xn+11n=1n+1(2)S(x)
=n+1(
1
xn+1)'
=
xn¥\
S'
(x)
=xnn=1S
(t)dt
S(x)
=x0'当x
˛
(-1,1)时,1'¥n+1
'n=1n+1S
(x)
=[x
]
=xn+1)'(¥n=11n+1n¥x
==x1-xn=1¥且x
=-1时,原级数为n=1(-1)n+1n+1
收敛(L准则)=-x
-ln(1-x)
,
x˛[-1,1)dt\
S(x)
=x
t
1-t0\
I
'
=
(-1,1)n+1nfi
¥解:
R
=
lim
n+2
=1¥n=1n+1x
=1时,原级数为1
发散(同阶法+调和级数)小结:幂级数1、定义2、收敛半径R和收敛域I
的求法3、和函数的求法及应用作业12--3:277页1(5,6,8),2(1,2)求收敛域例3(3--6)、例4求幂级数的收敛半径R及收敛域I:由通项un
(x)确定an
,x0以及是否缺项;求收敛半径R:(3)判断x
=x0
–R时原级数的敛散性;(4)得收敛域I:(x0
–R),
[x0
–R),
(x0
–R],
[x0
–R]之一.;anan+1;anan+1不缺项:R
=limnfi
¥缺奇(偶)次项:R
=limnfi
¥¥例3、求和函数S
(x):(3)S(x)=nxnn=1[分析]:I
=(-1,1)n
n
n(1)un
(x)
=
nx
=
(n
+1)x
-
x¥
¥
S(x)
=(n
+1)xn
-xnn=1n=1n
n-1(2)un
(x)
=
nx
=
xnx¥
S(x)
=
xnxn-1n=1解1解2n=1
n=1¥且x
=–1时原级数为–
n发散(性质5)n=1n=1
n=1解1:易得R
=1,当x
˛
(-1,1)时¥
¥
¥
¥S(x)
=(n
+1)xn
-xn
=(xn+1)'
-xn¥
¥n=1
n=1n+1
')
-x=(x(1-x)2\
S(x)
=
x
,
x˛
(-1,1)1-x
1-x2n
=(
x
)'
-
x(1-x)2x=¥
¥S(x)
=
2nxn
+xnn=1
n=1¥x
=–1时原级数为–(2n
+1)n=1\
I
=
(-1,1)¥(4)S(x)
=
(2n
+1)xnn=1[分析]:
I
'=(-1,1)¥
¥S(x)
=
2(n
+1)xn
-xnn=1
n=1解1解2解1:易得R
=1,当x
˛
(-1,1)时¥
¥n=1n=1(n
+1)xn
-S(x)
=
2¥且x
=–1时原级数为–(2n
+1)发散(性质5)n=1(1-x)22\
S(x)
=
3x-x
,
x˛
(-1,1)¥(4)S(x)
=
(2n
+1)xnn=11-x1-xxn
=(2x2
)'
-(1-x)22x
=
3x-x解2:易得R
=1,当x
˛
(-1,1)时
¥
¥n=1
n=1nxn
+S(x)
=
2¥且x
=–1时原级数为–(2n
+1)发散(性质5)n=1(1-x)22\
S(x)
=
3x-x
,
x˛
(-1,1)¥(4)S(x)
=
(2n
+1)xnn=1xxn
=
+1-x2x(1-x)2(1-x)22=
3x-x
¥
¥1n+11xn=1
n=1nx
-S(x)
=¥n=1解:易得R
=1,且x
=0时S
(x)=0当x
˛
(-1,0)(0,1)时
n
n+1(5)S(x)
=nx+1
ln(1-x)xn+1
=
11-x
x时原级数–且x
=–1¥n=1n+1n发散(x
=0x˛(-1,0)(0,1)+1
ln(1-x)\
S(x)
=
11-x
x0性质5)解:易得R
=1,且x
=0时S
(x)=0当x
˛
(-1,0)(0,1)时0
1
ln(1-x)1\
S
(x)
=dt
=-1-tx¥1nn(n+1)(6)S(x)
=1
211xxxn+1
=S
(x)-1
S
(x)n1nx
-S(x)
=n=1n+1¥
¥n=11nxn
]'1¥n=1S
'
(x)
=[¥n=1n
'(
x
)=¥=n
11-xn=1xn-1
=
1
¥
¥x
=1n=1
n=1
n=1xnn
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