高等数学12章3(新)幂级数ppt[修复的].ppt

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1、一、函数项级数的概念,二、幂级数及其收敛性,三、幂级数的运算,12.3 幂级数,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,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(部分和), 即,在收敛域上, 函数项级数的和是 x 的函数,称它,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,二、幂级数及其收敛性,形如,

2、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,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,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

3、盾,证毕,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,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,2) 若,则根据比值审敛法可知,绝对收敛,3) 若,则对除 x =

4、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,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,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,练习,解,收敛半径,例3,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,练习,解,原级数为,发散,练习,例4,的收敛域,解: 令,级数变为,当 t = 2 时,

5、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,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,其中,以上结论可用部分和的极限证明,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,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,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

6、此得,设,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,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,因此由和函数的连续性得,而,及,例8,解: 设,则,而,故,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,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,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

7、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,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,备用题 求极限,其中,解: 令,作幂级数,设其和为,易知其收敛半径为 1,则,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研究开,拓了道路,数学家们工作150年,类代数方程,他是椭圆函数,C. 埃尔米特曾说: 阿贝尔留下的思想可供,后人发现这是一类交换群