当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第八章 级数 > 第五节 幂级数 > 收敛半径与收敛域
好我们来看一下
幂级数的收敛半径的求法
我们还是以麦克劳林级数为例
我们知道 对于常数项级数来讲
我们要判断收敛性
有两个办法
一个是开n次方 一个是后项比前项
所以我们用这两个办法
来推出我们幂级数的收敛半径
第一个我们讨论 后项比前项
lim n趋于正无穷
an+1 x 的n+1次方的绝对值
除以an x的n次方
我们知道它就等于n次方n次方消掉
等于lim n趋于正无穷
x乘上 绝对值
乘上an+1除以an的绝对值
所以我们可以得到
求幂级数收敛半径的第一个办法
也就如果lim n趋于正无穷
an+1除以an系数比
等于ρ是存在的
则 收敛半径等于ρ分之1
有一个小小的注解
就是当ρ等于0的时候
收敛半径就是正无穷
也就是它在整个实轴上都是收敛的
这是收敛半径的第一种求法
为什么 也就如果说它小于1
是不是就收敛
既然小于1收敛
这个极限是等于ρ
所以x的绝对值
乘上ρ小于1的时收敛
x绝对值小于ρ分之1的时候就收敛
所以收敛半径 就是ρ分之1
第二种方法 我们来看看开n次方
n趋于正无穷 开n次方
an乘上x的n次方绝对值
我们知道 这个就等于
lim n趋于中无穷
x的绝对值 乘上an的绝对值开n次方
小于1的时候就收敛
大于1的时候发散
等于1的时候没法判断
那么我们可以得到第二个方法
假如说 lim n趋于正无穷
an的绝对值开n次幂
就等于ρ极限存在
则收敛半径R就等于ρ分之1
还有一个解释
当ρ等于0的时候
R就等于正无穷
这是两个求收敛半径的
两个常见的办法
我们看一下例题
我们要求三个幂级数
∑n从1到正无穷 x的n次方 除以 n
和∑n从1到正无穷
x的n次方 除以n的平方
要求这三个幂级数的收敛半径
以及收敛域
好我们来看看 第一个幂级数
后项比前项 因为我们知道
an就是等于n
所以呢 lim n趋于正无穷
an+1除以an的绝对值
就是等于lim n趋于正无穷
n+1除以n 是等于1的
所以我们可以知道
ρ是等于1的
R是等于ρ分之1 也等于1
收敛半径是等于1
收敛域是什么东西呢
是收敛半径是1的话
那么它就是从-1到+1
以0为中心 1为半径
好两边端点我不知道
端点我要单独拿出来看
我们看看在x=1的时候它发散了
所以这个端点是不能要的 开区间
在x=-1的时候
这个幂级数也是发散的
所以这个端点也是不能要的
所以这就是一个
第一个幂级数的收敛域
对第二个幂级数
an就等于n分之1
所以ρ就等于lim n趋于正无穷
an+1除以an的绝对值
还是等于1的
收敛半径R等于ρ分之1
仍然是等于1的
那么这个收敛域 -1到+1
我们把端点x=1朝里面一代的话
n分之1是一个发散的
所以+1这一点是不能要的
把x=-1这一点朝里面一代的话
n分之-1的n次方
这是一个莱布尼兹交错项级数
这是一个收敛的
所以收敛域是一个半开半闭的区间
我们来看看第三个
同样我们可以发现
ρ就等于lim n趋于正无穷
an+1除以an的绝对值
仍然是等于1的
收敛半径R也是等于1的
所以收敛域有可能在-1到+1
我们再来把端点朝里面一看
把+1朝里面一看的话
是n平方分之1这个级数
它是一个收敛的
所以+1这一点是要的
把-1朝里面一看的话
是n平方分之-1的n次方
它仍然是收敛的
所以 -1这点也是要的
这就是收敛域
所以这就是
我们求收敛半径的一个办法
如果说这个极限存在
那么我们可以把收敛半径
马上给它求出来
至于你要求收敛域的话
我们要把那个端点单独拿出来
单个来讨论
有可能是收敛
有可能是不收敛的
这是我们用后项比前项的办法
同样这道题你也可以用开n次方
开n次方的话
an开n次方不就是n分之1也趋于1么
所以 开n次方照样
前面后面都是
完全可以得到相同的结论
我们再来看一道例题
∑n从1到正无穷
3的n次方分之1乘上x的2n-1次方
我们来看看这么一个幂级数
这个幂级数 我们有两种解法
第一种解法我们还是看一下
an就等于3的n次方分之1
当然最简单的就开n次方
an开n次方
绝对值lim n趋于正无穷的话
就是等于3分之1
所以收敛半径就等于3
看看这样做对不对呢
这么做是不对的
因为现在这个幂级数
它的次方不是以n次方为主的
是x的2n-1次方
所以我们真正要做正确的答案
应该用下面这个办法来做
后项比前项
后项是3的n+1次方分之x的2n+1次方
这不就是后项吗 比上前项
要把带着x的完整的后项比前项
x的2n-1次幂除以3的n次方
lim n趋于正无穷
我们可以知道 这就等于
3分之x绝对值的平方
小于1的时候一定收敛
所以 就是当x的平方小于3的时候
一定是收敛
也就是在负的根号3到正的根号3
收敛半径是根号3
它才收敛
那么我们再来看一下
当x等于正负根号3的时候
到底收敛不收敛
我们把正的根号3朝里面一代
我们可以知道这是一个发散的
把负的根号三朝里面一代
我们把它消掉之后
我们也可以知道
它也是一个发散的
所以 收敛域是一个开区间
而正确的收敛半径
是等于根号3
所以我们再回过头看一下
我们这个定理 从本质上来讲
如果你把它当成一个定理的话
你来求收敛半径R等于ρ分之1
只是针对这个级数而言
如果说这个级数稍微改一下
比如说改成我们这个情况的级数
x呢 是2n-1次方
你再求一个系数比的话
最后你会发现 得到的答案是不对的
正确的答案实际上应该是它
所以我们讲这个定理
仅仅是针对这个最常见的
常规的级数
如果说非常规的级数
那么我还是用这个办法
实际上都是比较靠谱的办法
带着x的办法是靠谱的
绝对不会出错的
而不带x的这种办法
有时候对其它一些级数
有可能出问题
比如这个级数如果写成3n次方的话
收敛半径就不再是ρ的
所以 有时候会有点点问题
大家稍微算的时候
稍微注意一下
-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
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--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
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--函数的凸性
-第四节思考与练习
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-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
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-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
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-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
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--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
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-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
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-第五节 函数极限的运算
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-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
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--第二章 极限论--第六节思考与练习
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--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
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--一致连续的概念
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--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
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-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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--∞/∞型不定式
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--函数的单调性
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--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