常数项级数:
概念: 用圆内接正多边形面积逼近圆面积,依次作圆内接正 3*2^n (n=0,1,2 ... L)边形,设 a0 表内接正三角形面积,ak 表增加的面积, A = a0+ a1+L + an+ L;
定义: 给定一个数列,u1,u2,L , un, 其为 常数项无穷级数(一般项,或者通项): u1 + u2 + L + un + L 的部分
部分和:
称为的部分和;
敛散性:
若的部分和数列 {sn} 有极限s, 则 称 无穷级数收敛;
等比级数(几何级数):
敛散性: |q| <1 时,等比极数收敛;
|q| >=1 时, 等比级数发散; 其中,q指的是 等比公项;
性质1: 若等比级数收敛,则其k倍仍然收敛;
性质2:若 与 均收敛,则 也收敛,且 和为: s1+s2;
另: 收敛级数 + 发散级数 = 发散级数; 发散级数+ 发散级数 不一定= 发散级数;
如: Un = (-1)^(2n) Vn = (-1)^(2n+1);
性质3: 在级数中去掉 有限项,不影响敛散性;
性质4: 若加括号后的级数发散,则原级数必发散;(发散级数 去 括号后 所形成的 级数 必发散)
注意: 收敛级数 去 括号后 所形成的 级数不一定收敛;
若级数收敛,则对级数的项任意加括号后仍收敛;
收敛级数的必要条件:
1.若级数 收敛,则 必有:
其逆否命题: ==> 级数发散; (判断级数发散的方法)
eg: 证明调和级数: 是发散的。(反证法)
若收敛,有 , ,矛盾。
2. 若级数收敛,则 发散;
常数项级数审敛法:
定义法: 部分和极限存在;
1.正项级数 Un >=0 <==> 部分和数列Sn 有界;(不常用)
2.比较审敛法:
设 , 是两个正项级数,对 ∀n ∈ N, 有: Un (弱) <= Vn (强),
则: 1.若级数 收敛,则也收敛;
2.若级数发散,则也发散;
3.P级数:
当 0<p<= 1时,p级数发散;
当 p>1时, p级数收敛;
4.比较审敛法的极限形式:
当 0<L <∞ 时,两个级数 同时收敛 或者 同时发散;
当 L =0 且 收敛时, 也收敛;
当 L = ∞ 时,且发散时,也发散;
eg: 发散; 注: 收敛
正项级数审敛法的乘法形式:
取 则:
,其中L 为 非零常数。
此时,若 0<p<=1, 则 发散。 (极限审敛法);
若 p>1 或者 p = ∞时, 级数收敛。
比值审敛法(达朗贝尔判别法):
若 为正项级数,且
则: 若 0<= ρ<1时,级数收敛;
若 ρ>1 或者 ρ=∞时,级数发散;
注意,这里刚好与p级数的情况相反;
若 ρ=1时,不能适用;
交错级数审敛法(符号一正一负交替出现):
1.莱布尼兹定理:
若交错级数满足条件:
1.若 U n >= U n+1 ,(数值分布而言);
2.
则级数:收敛,且 其和 S <= u1 , 余项和 Rn <= U n+1
若交错级数收敛,其绝对值后仍然收敛,称为 绝对收敛, 如:
若交错级数收敛,其绝对值后发散,称为 条件收敛,如:,
2.绝对收敛的级数一定收敛.(判断交错级数的敛散性 或者 一般级数);
eg:
幂级数:
函数项级数的概念:
为定义在 区间 I 上的函数项级数;
对 x0 ∈ I, 若它 收敛,则称 : x0 为 收敛点,所有的收敛点全体称为 收敛域;
若它 发散,则称: x0为发散点, 所有的发散点全体称为发散域;
eg:
当: |x| <1时,收敛, 此时 S(x) = ,称为 和函数;
|x| >1时,发散.
幂级数的标准形式:
,取 x0 = 0, 则有:
幂级数收敛域特点:
关于原点对称;
阿贝尔定理:
若幂级数在 x= x0 (x0=/=0) 处收敛,则此幂级数在满足不等式 |x|<= |x0|的一切x处绝对收敛。 (x0 称为收敛半径,记作R)
反之,若幂级数在x = x0 处发散,则对于 |x| > |x0| 处的x发散;
当R = 0时,幂级数仅在x = 0 处收敛;
当R = +∞时,幂级数在 (-∞,+∞)收敛;
当R =/=0 和 +∞ 时,
当|x| < R 时,幂级数绝对收敛;
当|x| > R 时, 幂级数发散;
当|x| = R 时,可能收敛,也可能发散,需要单独讨论;
若幂级数 的系数满足:
则 当 ρ=/= 0 时, R = 1/ ρ;
当 ρ=0 时, R = +∞;
当 ρ= +∞时,R = 0;
即: 收敛半径 R =
幂级数的运算:
运算后的收敛域 = min{r1,r2};
连续性: 和函数在 收敛域内 连续;
可积性: 和函数在收敛区间可积分,并且可逐项积分;
即:
可导性: 和杉树在收敛区间可导 ,且可 逐步求导;
即:
eg: 求幂级数 的和函数 S(x);
注意:
另:
泰勒级数:
当 x0 =0 时,称为: 麦克劳林级数;
展开成泰勒级数的充要条件: 通项的极限 为 0;
展开的方法包括:
1.直接展开法,利用泰勒公式;
2.间接展开法, 利用已知函数 形式转化;
eg: 将 1/(1+x^2) 展开成幂级数:
提示: --> --> -->
eg: 将 f(x) = ln(1+x) 展开成 幂级数:
解析:
理解:它们的关键在于: 处理好 形参,与实参,以及处理过程,复合函数,的区别与联系;
傅里叶级数:
S(n) =
定理一:
组成三角级数的 函数系: cosx , sinx , cos2x,sin2x,... ,cosnx sinnx,L 在 [-π,π] 上 积分等于0
则 相同的函数 =2π , =π ;
定理二:
设 f(x) 是 周期为 2π 的周期函数,且 f(x) = ,
则有 傅里叶系数:
将傅里叶系数 代入 形式傅里叶级数: , 则为傅里叶级数;
定理三(迪利克雷充分条件):
设 f(x) 是周期为 2π 的周期函数,若满足:
1.在一个周期内连续,或只有有限个第一类间断点
2.在一个周期内至多有有限个极值点
则 f(x) 的傅里叶级数收敛,其收敛点为:
定理四:
正弦级数 与 余弦级数:
若f(x) 为 奇函数, 则 f(x)cosnx 是 奇函数, f(x)sin nx 是 偶函数;
故有: 正弦级数:
若 f(x)为 偶函数, 则 f(x)cos nx 为偶, f(x)sin nx 为 奇,
故有:余弦级数: