幂级数

  • 幂级数
    • 定义
      • 级数 n=0+an(xx0)n\sum\limits_{n=0}^{+\infty}a_n(x-x_0)^n 被称为幂级数。
      • 一般情况下研究 n=0+anxn\sum\limits_{n=0}^{+\infty}a_n x^n
    • 收敛域
      • 阿贝尔定理
        • 已知幂级数 n=0+anxn\sum\limits_{n=0}^{+\infty}a_n x^n
          • 如果在 x00x_0\ne 0 处收敛,则 x<x0|x|<x_0 时都绝对收敛。
          • 如果在 x00x_0\ne 0 处发散,则 x>x0|x|>x_0 时都发散。
      • 收敛半径
        • 如果幂级数 n=0+anxn\sum\limits_{n=0}^{+\infty}a_n x^nx<R|x|<R 时绝对收敛,在 x>R|x|>R 时发散,则 RR 是幂级数的收敛半径。
        • 对于不缺项的幂级数 n=0+anxn\sum\limits_{n=0}^{+\infty}a_n x^nρ=limn+an+1an\rho=\lim\limits_{n\to+\infty}\left|\dfrac{a_{n+1}}{a_n}\right|limn+ann\lim\limits_{n\to+\infty}\sqrt[n]{|a_n|},则
          • ρ=0\rho=0 时,R=+R=+\infty
          • ρ=+\rho=+\infty 时, R=0R=0
          • 否则 R=1ρR=\dfrac{1}{\rho}
        • 求出收敛半径后,还需要判断收敛半径处的情况。
    • 和函数
      • 连续性
        • n=0+anxn\sum\limits_{n=0}^{+\infty}a_n x^n 的和函数 s(x)s(x) 在其收敛域上连续。
      • 可积性
        • n=0+anxn\sum\limits_{n=0}^{+\infty}a_n x^n 的和函数 s(x)s(x) 在其收敛域上可积。
        • 积分等于每一项的积分之和,收敛半径不变。
        • 对于收敛域的边界,敛散性需要特殊考虑。
      • 可导性
        • n=0+anxn\sum\limits_{n=0}^{+\infty}a_n x^n 的和函数 s(x)s(x) 在其收敛域上可导。
        • 积分等于每一项的导数之和,收敛半径不变。
        • 对于收敛域的边界,敛散性需要特殊考虑。
  • 泰勒级数
    • 定义
      • f(x)f(x)x0x_0 的某个邻域内有任意阶导数,则 f(x)f(x) 对应的泰勒级数为 f(x)n=0+f(n)(x0)n!(xx0)n f(x)\sim\sum_{n=0}^{+\infty}\frac{f^{(n)}(x_0)}{n!}(x-x_0)^n
      • 只有当泰勒级数收敛到 f(x)f(x) 时,\sim 才可以改为 ==,即 f(x)f(x) 可以展开为泰勒级数。
    • 性质
      • f(x)f(x) 展开成 xx0x-x_0 的幂级数,则其一定是 f(x)f(x)x0x_0 处的唯一的泰勒级数。
      • U(x0)U(x_0) 内,f(x)f(x) 的泰勒级数收敛到 f(x)f(x)     \iff limn+Rn(x)=0\lim\limits_{n\to+\infty}R_n(x)=0
      • U(x0)U(x_0) 内,若 f(x)f(x) 的任意阶导数有界,则 f(x)f(x) 的泰勒级数收敛到 f(x)f(x)
    • 计算