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_第八章无穷级数

第八章 无穷级数 8.1 常数项级数 8.2 幂级数 8.3 无穷级数在经济中应用 设 x-2= t ,由(1)知 收敛域是(1,3] 收敛域是(-1,1] 令 t =3 时 t =-3时 发散 发散 收敛域是(-3,3) 收敛域是 缺少偶次项,无法用公式,可以用比值法求R ρ1时,收敛. ρ1时,发散. 则收敛区间为 时,发散. 注:缺少奇次项,也可以用此方法. 8.2.3 幂级数的性质 1.四则运算性质 设 收敛半径分别为 和 ,记 则对于任意的 , 有 利用乘法可以定义除法 则 注意,商级数的收敛半径可能比原来要小得多 2. 分析运算性质 设 收敛半径为R, 则 (1) S(x) 在收敛域内连续; (2) S(x) 在(--R,R)内可导,且 即幂级数在(-R,R)内可以逐项求导,所得到的幂级数 收敛半径不变. 可推广到任意阶导数 (3) S(x)在(--R,R)内可积,且 即幂级数在(-R,R)内可以逐项积分,所得到的幂级数 收敛半径不变. 注意:(2),(3)中端点需要另外讨论. 例 求和函数 设和函数为S(x) ( |x| 1 ) 设和函数为S(x) 则 8.2.4 函数展开成幂级数 前面研究的是幂级数的收敛域及和函数,现在反过 来,某个函数是否可以在某个区间内用幂级数表示 一. 泰勒级数 第三章研究过泰勒公式: 其中f(x) 在 的某邻域内具有n+1阶导数. 余项 此时, f(x)可以用前n+1项近似表示,误差为 由此引入泰勒级数: 1. 定义 若f(x)在 的某邻域内具有各阶导数,则 f(x)在 的泰勒级数 泰勒系数 麦克劳林级数 8.1 常数项级数 8.1.1 数项级数的概念 中学: 无穷等比级数 就是无穷级数的一种 定义 将其各项依次累加所得的式子 称为数项无穷级数 设有数列 项 通项 问题:如何理解无穷个数相加? 变化趋势 1. 部分和: 2. 部分和数列: 3. 收敛: 称级数收敛 称为级数余项 极限不存在,称级数发散 例. 判断级数敛散性: (1). 1+2+3+…+n+… 级数发散 (2). 级数收敛 =1 (3). q =1时 q =-1时 极限不存在,级数发散 级数发散 级数发散 总之: 级数收敛 级数发散 (4). 级数发散 8.1.2 常数项级数的性质 性质1 若级数 收敛于和 S, k 为常数,则 证 推论: 级数的每一项同乘一个不为零的常数后,敛散性不变 性质2. 两个收敛级数可以逐项相加或逐项相减 性质3. 改变有限项不影响级数的敛散性 证 不妨设去掉前k 项,得级数 常数 原级数部分和 时, 同时敛散 因此,不影响级数的敛散性. 例: 因为 和 都收敛 级数收敛 性质4. 收敛级数各项加括号后所得新级数仍收敛且和不变 证: 设收敛级数 新级数 注意: (1). 加括号后所得新级数发散,则原级数发散. (2). 加括号后所得新级数收敛,原级数不一定收敛. 例如: (1-1)+ (1-1)+ (1-1)+......收敛 而1-1+1-1+1-1+......发散. 性质5.(级数收敛必要条件) 若级数 收敛,则 证: 注意:(1). 若 ,则级数 发散 (2). 时,级数 不一定收敛 判断级数发散 的第一步骤 但可以证明级数发散 假若级数收敛,则 但是, 矛盾 例如:调和级数 (2) 不存在 级数发散 例. 判断级数敛散性: (1) 级数发散 8.1.3 .正项级数及其审敛法 每一项都非负 其部分和数列有界 定理1(基本定理)正项级数 收敛的充要条件是 证 (充分性) 是正项级数,因此 单调增加 单调有界数列必有极限,则级数收敛. (必要性) 由收敛数列必有界的性质可知 定理2(比较审敛法) 设 和 都是正项级数, 且 若 收敛,则 收敛; 若 发散则 发散. 证: 设 收敛于σ, 则 部分和 由定理1, 收敛. 反之,若 发散则 必发散. 否则与上面的结论矛盾. 注意: 定理2可以与第一节的性质相结合,灵活运用. 例: p-级数的敛散性 解 时,级数显然发散. 因为 , 而

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