幂级数托马斯微积分讲稿.ppt-得力文库

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1、一、一、函数项级数的概念函数项级数的概念设为定义在区间 I 上的函数项级数函数项级数.对若常数项级数敛点敛点,所有收敛点的全体称为其收敛域收敛域;若常数项级数为定义在区间 I 上的函数,称收敛,发散,所有为其收收为其发散点发散点,发散点的全体称为其发散域发散域.机动目录上页下页返回结束第一页，讲稿共四十四页哦为级数的和函数和函数,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 x 的函数称它机动目录上页下页返回结束第二页，讲稿共四十四页哦例如例如,等比级数它的收敛域是它的发散域是或写作又如又如,级数级数发散;所以级数的收敛

2、域仅为有和函数机动目录上页下页返回结束第三页，讲稿共四十四页哦二、幂级数及其收敛性二、幂级数及其收敛性形如的函数项级数称为幂级数幂级数,其中数列下面着重讨论为幂级数的系数系数.的情形,即称机动目录上页下页返回结束记第四页，讲稿共四十四页哦例如,幂级数即是此种情形.零点附近取较少的项就能较好的逼近，但是在1和-1附近，则需要更多项，才能较好的逼近。第五页，讲稿共四十四页哦又幂级数中心为系数，将级数写成如何确定级数的收敛域呢？令所以当即第六页，讲稿共四十四页哦问题1.如何确定幂级数的收敛域？2.和函数有何性质：如四则运算，求导和积分等。幂级数收敛域的确定：非空，一定

3、属于收敛域。问题1.收敛域的结构：Abel定理第七页，讲稿共四十四页哦发散发散收敛收敛发散*定理定理 (Abel定理定理)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八页，讲稿共四十四页哦当时,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.时幂级数发散,则对一切则由前也应收敛,与所设矛盾,证

4、毕机动目录上页下页返回结束第九页，讲稿共四十四页哦幂级数在(,+)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收敛域.R 称为收敛半径收敛半径，在R,R 可能收敛也可能发散.外发散;在(R,R)称为收敛区间收敛区间.发散发散收敛收敛发散机动目录上页下页返回结束第十页，讲稿共四十四页哦幂级数在(,+)收敛;为中心的区间.的收敛域是以R=0 时,幂级数仅在R=时,幂级数在可能收敛也可能发散.在收敛;绝对收敛，

5、发散;第十一页，讲稿共四十四页哦*V第十二页，讲稿共四十四页哦定理定理2.若的系数满足证证: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系数模比值法2.收敛半径的求法第十三页，讲稿共四十四页哦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十四页，讲稿共四十四页哦对端点 x=1,的收敛半径及收敛域.解解:对端点 x=1,级数为交错级

6、数收敛;级数为发散.故收敛域为例例1 1.求幂级数机动目录上页下页返回结束第十五页，讲稿共四十四页哦例例2.求下列幂级数的收敛域:解解:(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十六页，讲稿共四十四页哦练习：求幂级数的收敛半径其中第十七页，讲稿共四十四页哦第十八页，讲稿共四十四页哦例例3.的收敛半径.解解: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十九页，讲稿共四十四页哦第二十页，讲稿共四十四页哦例例4.的收敛域.解

7、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二十一页，讲稿共四十四页哦*第二十二页，讲稿共四十四页哦*第二十三页，讲稿共四十四页哦第二十四页，讲稿共四十四页哦三、幂级数的运算三、幂级数的运算定理定理3.设幂级数及的收敛半径分别为令则有:其中机动目录上页下页返回结束右端的收敛域可能更大第二十五页，讲稿共四十四页哦*说明说明: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

8、返回结束第二十六页，讲稿共四十四页哦例如第二十七页，讲稿共四十四页哦定理定理4 若幂级数的收敛半径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:注注:逐项积分时,运算前后端点处的敛散性不变.求导后在端点处的敛散性可能发生变化.机动目录上页下页返回结束在端点处收敛，和函数在该处单侧连续证明略，有兴趣的证明略，有兴趣的同学看数学分析同学看数学分析的教程。的教程。第二十八页，讲稿共四十四页哦为什么为什么?第二十九页，讲稿共四十四页哦例例6.的和函数解解: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三十页，

9、讲稿共四十四页哦第三十一页，讲稿共四十四页哦例例7.求级数的和函数解解:易求出幂级数的收敛半径为 1,及收敛,机动目录上页下页返回结束第三十二页，讲稿共四十四页哦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三十三页，讲稿共四十四页哦例例8.解解:设则机动目录上页下页返回结束第三十四页，讲稿共四十四页哦而故机动目录上页下页返回结束第三十五页，讲稿共四十四页哦解解:由例2可知级数的收敛半径 R+.例例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三十六页，讲稿共四十四页哦第三十七页，讲稿共四十四页哦第三十八页，讲稿共

10、四十四页哦*第三十九页，讲稿共四十四页哦第四十页，讲稿共四十四页哦内容小结内容小结1.求幂级数收敛域的方法1)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1)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四十一页，讲稿共四十四页哦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结束第四十二页，讲稿共四十四页哦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?答答:不能.因为当时级数收敛,时级数发散,说明说明: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四十三页，讲稿共四十四页哦第四十四页，讲稿共四十四页哦

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