当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第八章 级数 > 第四节 函数级数 > 一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(2)
好 那我们来看
和函数的第二条分析性质
关于积分的分析性质
我们有这么一个定理
假如说函数项级数在区间I上
一致收敛于和函数S(x)
并且函数项级数的每一项
un(x)在I上都是连续函数
那么对于任意的a b属于I
其中a是小于b
S(x)在[a,b]上的积分
就可以写成∑n从1到正无穷
un(x)在[a,b]上的积分
好 下面我们证一下 第一件事情
一致收敛的每一项都是连续函数
和函数的第一个分析性质告诉我们
S(x)是连续的
所以 一定是可积的
所以它定积分的存在性
是没有问题的
既然它是一致收敛的
那么对于任意的ε大于0
我一定存在着一个N 正整数
对于任意的n大于N
一定有∑k从1到n
uk(x)减去S(x)的绝对值
小于ε除以b-a
因为b-a是一个大于0的常数
一定有 好 那么我们来看一看
我们要证明S(x)积分
就等于这么一个积分的一个级数
那么 我们来看一看
S(x)的积分 从a到b 减去
∑k从1到n a到b uk(x)dx
那么我们可以知道
这是有限和 所以呢a到b S(x)dx
减去 a到b ∑k从1到n uk(x)dx
也就等于 a到b 里面是S(x)
减去∑k从1到n uk(x)dx 的绝对值
那么 对于任意的ε大于0
存在着一个N 只要n大于N的时候
这个绝对值一定小于ε除以b-a
那么我们很显然可以知道
绝对值的积分 积分的绝对值
小于等于 绝对值的积分
那么一定小于 从a到b
对定积分的保序关系
ε除以b-a的dx 就等于ε
所以对于任意的ε 存在着一个N
对于任意n大于N
这两个的差 一定小于ε
所以结论就正确了
也就是说 从a到b的积分 S(x)dx
实际上就等于∑n从1到正无穷
a到b un(x)dx
所以这就对了
我们来看一看 这么一个符号
它给我们带来一个什么样的
本质性的东西
我们来看看 我们知道
S(x)就是∑n从1到正无穷 un(x)dx
这是S(x) 这个函数在 a到b的积分
就等于un(x)dx
在 a到b ∑n从1到正无穷
不就是这个意思吗
那么我们来看到
对un来讲做了两次运算
先做无穷和再做积分运算
等于右边先做积分运算
再做无穷和运算
所以也就意味着这两个运算
可以交换次序
那么我们来看看这交换次序的条件
第一 是un(x)都连续
第二 这个级数是一致收敛的
对有限和 比如u1(x)加上u2(x)的积分
一定等于u1的积分加上u2的积分
这个积分的性质告诉我们
有限和都是可以交换的
那么你要把它推广到无穷和
推广到级数的形式
那么我们只能加条件
这个条件呢 就是要有
一致收敛性条件才可以做到
那么我们再来看一看
这个一致收敛性的性质到底是什么呀
我们来看一下 a到b Sn(x)的dx
这个呢 实际上就是等于 a到b
∑k从1到n uk(x)的dx
也就等于∑k从1到n a到b uk(x)的dx
所以我们可以知道
∑k从1到正无穷 a到b uk(x)的dx
实际上就是等于lim
我们不用k吧 用n
n趋于正无穷 a到b Sn(x)的dx
那么 根据我们这个定理
就等于从a到b S(x)的dx
对于级数来讲
表示的无穷求和和积分的交换次序
对于部分和数列来讲
部分和函数列来讲
它本身也就意味着
积分和极限的交换次序
因为这级数和部分和的一种关系
好我们来看一个例子
假如有一个函数项级数
它的和函数是这么构成的
等于nx(1-x平方)的n次方
实际上我们从和函数
也可以把那个函数项级数的un
一个一个给它构造出来
反推也可以
那么我们可以知道
这个 当n趋于正无穷的时候
它的和函数的极限呢
就是0的n趋于正无穷的时候
但是你会发现
从[0,1]这是x在[0,1]范围
在[0,1]上 Sn(x)
我们可以把它做一下积分
最后你会发现那个积分
等于n除以2n加2
它是趋于2分之1的
这两个数是不相等的
为什么会产生这么奇怪的事情
也就是说和函数
作为一个数列它收敛到
部分和函数作为一个数列呢
收敛到和函数是0
但是它的积分呢收敛到是2分之1
因为0的积分应该是0
不可能等于2分之1的
为什么会出现这种情况呢
原因很简单 大家可以去想一下
这个部分和数列 收敛到0
肯定在[0,1]这个区间里面不一致的
唯一的情况就出现在不一致上
如果不一致的话会出现这种情况
如果一致的话一定不会出现这种情况
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
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--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
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--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
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--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
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--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
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--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
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-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
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--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
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--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习