高等数学笔记第九天

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: 

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