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电类高等数学电子教案第十三章 习题解答
第十三章 无穷级数
练习题13.1
1.判别下列数项级数是否收敛:
(1); (2).
解:(1),
,
,所以收敛于;
(2)级数是一个公比为的等比级数,其收敛于.
2.判别下列数项级数是否收敛:
(1); (2).
解:(1),由级数收敛的必要条件知,此级数发散;
(2),由级数收敛的必要条件知,此级数发散.
3.试把循环小数化为分数.
解:这是公比为的等比级数.
此级数收敛于,所以.
练习题13.2
1.讨论下列正项级数的敛散性.
(1); (2).
解:(1),而级数是收敛的,所以原级数是收敛的;
(2),而级数是发散的,所以原级数是发散的.
2.讨论下列正项级数的敛散性.
(1) ; (2).
解:(1),级数发散;
(2),级数收敛.
3.证明级数收敛.
解:级数的通项为,
而是收敛的,所以级数收敛.
练习题133
1.; (2).
解:(1)是一个交错级数,显然且,所以级数收敛;
(2)是交错级数,且
所以由莱布尼茨判别法得收敛.
2.判别下列数项级数是否收敛,是否绝对收敛:
(1); (2);
(3); (4).
解:(1)对应的绝对值级数为.由于,所以收敛,从而绝对收敛;
(2)对应的绝对值级数为.由于,而是公比为的等比级数,是收敛的,所以收敛,从而绝对收敛;
(3)对应的绝对值级数为,这是的级数,是收敛的,所以绝对收敛;
(4)对应的绝对值级数为,这是的级数,是发散的,而是收敛的,所以条件收敛.
3.考察对应的绝对值级数,
解:收敛.从而当为任何值时,级数都绝对收敛.
练习题13.4
1.试计算幂级数的收敛域及和函数.
解:是公比为的等比数列,所以在是收敛的,即收敛域为,其和函数为.
2.求幂级数的和函数.
解:设,两边积分得
两边求导得;所以,.
练习题13.5
1.求下列幂级数的收敛半径:
(1); (2).
解:(1),所以;
(2),所以.
2.求幂级数的收敛半径.
解:,当,即 时,所给级数绝对收敛;当,即时,所给级数发散.因此所给幂级数的收敛半径.
3.求幂级数的收敛区间和收敛域.
解:令,则化为,
,,所以的收敛区间为.
由得,,从而,所以的收敛区间为.当时,幂级数化为,是发散的,当时,幂级数化为,是收敛的.所以的收敛域为.
练习题13.6
1.写出的阶麦克劳林公式.
2.用直接展开法求的阶麦克劳林展开式
练习题13.6
1.由得当时有
... ...
从而得,,,...,
根据公式(13.7)得的阶麦克劳林公式为
(其中在与之间).
2.由,可推出
,
当取时,依次循环地取,
从而得到的麦克劳林级数为
,
它的收敛半径.
麦克劳林公式的余项为
(在与之间)
因为 ≤ (时),
于是得麦克劳林展开式
练习题13.7
1.求函数的麦克劳林展开式.
解:因为,
两边积分,
当时,收敛;时,收敛,
所以,
2.将函数展开成的幂级数,并求收敛域.
解:将函数展开成的幂级数,并求收敛域.
,
由得收敛域为.
3. 求的近似值,精确到.
解:利用幂级数展开式
, ,所以只需取前两项即可.
.
练习题13.8
1.一矩形波的表达式为
,为整数
求的傅里叶级数展开式.
解:由收敛定理知,当(为整数)时,的傅里叶级数收敛于
当时,级数收敛于.
下面计算傅里叶系数
,
,
的傅立叶展开式为.
2.函数以2为周期,在上的表达式是=,.求的傅里叶级数展开式.
解:,由定理13.12直接计算傅里叶系数,得
,
,
,
于是
.
练习题13.9
1.函数以为周期,在上的表达式是=,.求的傅里叶级数展开式.
解:在上处处连续,且是偶函数.
,
由此得的傅立叶展开式为
2.函数,试将其展开为傅里叶级数.
解:由于为偶函数,故其傅里叶级数为余弦级数.
故所求傅里叶级数收敛于,即
3.把展开成正弦级数.
解:对函数进行奇延拓,下面求.
所以所求展为正弦级数为:
,
在端点及处,级数的和为零,它不代表原来函数的值.
习题十三
1.判定下列级数的敛散性,对收敛者求出其和.
(1); (2);
(3); (4).1.
解:(1),由级数收敛的必要条件得原级数发散;
(2),
,
,所以收敛于;
(3)发散,收敛,所以发散;
(4),由级数收敛的必要条件得原级数发散.
2.用比较判别法判定下列级数的敛散性:
(1);
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