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高等数学(电子版)

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准则三:设有正项级数收敛.

.如果极限存在,那末当λ<1时级数收敛,λ>1时级数

注意:此准则就是达朗贝尔准则.这种判定方法称为检比法.

例如:级数是收敛的,因为当n→∞时,.

准则四(柯西准则):如果极限散.

存在,那末当λ<1级数收敛,λ>1级数发

例如:级数是发散的,因为当n→∞时,

一般常数项级数的审敛准则

当级数中的正数项与负数项均为无穷多时,就称级数为一般常数项级数. 绝对收敛与条件收敛 设有一般常数项级数

取各项的绝对值所构成的级数

称为对应于原级数的绝对值级数.

绝对收敛的准则:如果对应的绝对值级数收敛,那末原级数也收敛. 注意:此时称

为绝对收敛,

如果级数 则称

关于绝对收敛与条件收敛的问题

发散而级数为条件收敛。

收敛,

一个绝对收敛级数的正数项与负数项所组成的级数都是收敛的; 一个条件收敛级数的正数项与负数项所组成的级数都是发散的。

例题:证明:当λ>1时,级数为一绝对收敛级数.

证明:因为收敛.

≤而当λ>1时收敛,故级数收敛,从而级数绝对

交错级数与它的审敛准则

交错级数就是任一相邻的两项都是符号相反的数,它是一般常数项级数的一种特殊级数.

交错级数可以写成:

交错级数的审敛准则(莱布尼兹准则):

如果且,那末级数收敛.

例如:交错级数及

是收敛的,因为它满足莱布尼兹准则的两个条件:

函数项级数、幂级数

在自然科学与工程技术中运用级数这一工具时,经常用到不是常数项的级数,而是函数项的级数.而常数项级数是研究函数项级数的基础。 函数项级数的概念 设有函数序列,

,其中每一个函数都在同一个区间I上有定义,那末

表达式称为定义在I上的函数项级数。

下面我们来学习常见而应用广泛的一种具有如下形式的函数项级数:

它们的各项都是正整数幂的幂函数.这种级数称为幂级数,其中cn(n=0,1,2,…)均为常数. 显然,当上面级数中的变量x取定了某一个值x0时,它就变为一个常数项级数。 幂级数的收敛问题

与常数项级数一样,我们把

称为幂级数的部分和。如果这部分和当

n→∞时对区间I中的每一点都收敛,那末称级数在区间I收敛。此时sn(x)的极限是定义在区间I中的函

数,记作:s(x). 这个函数s(x)称为级数的和函数,简称和,记作:

对于幂级数,我们关心的问题仍是它的收敛与发散的判定问题,下面我们来学习关于幂级数的收敛的判定准则。

幂级数的审敛准则

准则:设有幂级数敛;当

.如果极限,那末,当时,幂级数收敛,而且绝对收

时,幂级数发散,其中R可以是零,也可以是+∞.

.在这个区间内级数收敛,在

由上面的准则我们可知:幂级数的收敛区间是关于原点对称的区间这个区间外级数发散.区间 关于此审敛准则问题

讨论幂级数收敛的问题主要在于收敛半径的寻求。当行讨论。

称为幂级数的收敛区间,简称敛区。正数R为幂级数的收敛半径.

时,级数的敛散性不能由准则来判定,需另

例题:求幂级数

解答:该级数的收敛半径为:

的收敛区间.

所以此幂级数的敛区是(-5,5).

在x=5与x=-5,级数分别为 故级数的收敛区间是[-5,5) 幂级数的性质

前者发散,后者收敛.

性质1:设有两个幂级数与,如果

=f1(x),-R1

=f2(x),-R2

则=f1(x)±f2(x),-R

性质2:幂级数的和s(x)在敛区内时连续的.

性质3:幂级数的和s(x)在敛区内的任一点均可导,且有逐项求导公式:

求导后的幂级数与原级数有相同的收敛半径。

=

性质4:幂级数的和s(x)在敛区内可以积分,并且有逐项积分公式:

积分后所得的幂级数与原级数有相同的收敛半径。

由以上这些性质可知:幂级数在其敛区内就像普通的多项式一样,可以相加,相减,可以逐项求导,逐项积分。

函数的幂级数展开式

通过前面的学习我们看到,幂级数不仅形式简单,而且有一些与多项式类似的性质。而且我们还发现有一些可以表示成幂级数。为此我们有了下面两个问题: 问题1:函数f(x)在什么条件下可以表示成幂级数

问题2:如果f(x)能表示成如上形式的幂级数,那末系数cn(n=0,1,2,3,…)怎样确定? 下面我们就来学习这两个问题。 泰勒级数

我们先来讨论第二个问题.假定f(x)在a的邻区内能表示成

这种形式的幂级数,其中a是事先给定某一常数,

我们来看看系数cn与f(x)应有怎样的关系。

由于f(x)可以表示成幂级数,我们可根据幂级数的性质,在x=a的邻区内f(x)可任意阶可导.对其幂级数两端逐次求导。得:

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