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 > 幂级数求和
对幂级数来讲
除了我们讲过的
一个函数的幂级数展开之外
还有一个这个过程的逆过程
也就是说幂级数求和函数
也就是给一个幂级数
如果它是收敛的
要求这个幂级数的和函数
我们找几个例子来看一下
要求Σn从1到正无穷
x的n次方 n乘上n+1
这个幂级数收敛半径是等于1
这是我们可以算出来的
这个幂级数的收敛域
是在[-1,1]闭区间上
那么在[-1,1]这个闭区间上
我们假设它的幂级数的和函数
我们把它记成S(x)的话
我们在小一点的范围讨论
我们来看看 我们有的工具就是
除了一些代数工具之外
我们还有两个非常有用的工具
就是逐项积分和逐项求导数
我们求导数
在内部才可以求导数
所以我们在(-1,1)的内部
我们逐项求导数
逐项就导数就等于Σn从1到正无穷
x^n的导数就等于n乘上x^n-1
n和n抵消
所以x^n-1除以n+1
这是求导数
但是你再求导数的话你会发现
问题出来了
再求导数出来n-1
上下不能消掉了
那怎么办呢
我为了保证上下能消掉
我乘上一个x平方
逐项乘上x的平方
是不是变成x的n+1次方
我乘x平方的目的
就是要使得这两个数要一样
既然这样的话
我又可以求导数
S导数再求导数
就可以写成Σn从1到正无穷
x的n次方
这就是我们可以算的
我们把一个复杂的级数
通过逐项求导的方法
最后变成了一个很简单的级数
而这是一个等比级数
这个级数我们是会的
就等于x除上1-x
也就我们把S(x)本身看成不太容易
我们队S(x)做了一些包装
做了三次包装
第一次是求导数
第二次是乘x平方
第三次是再求导数
最后包装完了之后
构成了很简单的一个函数
最后我们要求S(x)
是不是要把包装一层一层去掉
一层一层去掉那么
x平方S(x)的导数就应该是等于
从0到x x除上1-x dx
加上 实际上还有加上
因为根据Newton-Leibniz公式的话
实际上加上这个函数在0点的取值
那么这个函数在0点
把x等于0朝里面一代自然是等于0
所以实际上就是加了一个0
那么这个积分我们积一下之后
我们可以发现它就等于
-x-ln(1-x)
这是我们可以算出来的
好 那么第二步
我们要去掉x平方这个包装
去掉x平方包装比较容易
S'(x)就等于
-x-ln(1-x)除以x的平方
那么S(x)仍然是求积分
从0到x 别写一样
负的t+ln(1-t)除以t的平方dt
实际上要假设S在0点的函数值
S在0点的函数值
大家想一想把x等于0朝里面一代
因为一次方二次方每一项都等于0
所以S在0点的函数值实际上就是等于0的
那么我们把这个积分积出来的话
我们最后可以得到和函数的值了
x分之ln(1-x)-ln(1-x)+1
所以我们把看上去不太容易的一个幂级数
通过不断的包装
我们最后可以把它和函数算出来
这是分母上有常数的这么一个函数
可以通过逐项求导把常数去掉
变成一个很简单的级数
最后我们可以求和
我们再来看一道例题
要求Σn从1到正无穷nx^n
那么我们来看看 这个收敛范围
收敛半径仍然是等于1
这时收敛域是(-1,1)
我们把这个函数的和函数在
(-1,1)上的值叫做S(x)的话
你再用逐项求导数是不是就出问题了
再做一次积分
本来是n变成n的平方
越做越麻烦
分子上有的话怎么办呢
用逐项求积分的办法来做
好 那么我们来看一看
S(x)就等于Σn从1到正无穷nx^n
我如果直接用逐项积分的话
你会发现这个n的常数是消不掉的
那怎么办呢
我除以一个x 变成n-1次方
然后再逐项积分
你会发现可以逐项积分
逐项积分之后就等于
Σn从1到正无穷x的n次方
为什么要除以一个x
因为除了一个x之后
这个x是n-1次方
前面有一个n
逐项积分正好把常数放下去变成它
就是为了这个目的
这个我们刚算过
不就等于x除上1-x
所以我们对S(x)这个函数做了两次包装
第一次是除了一个x
第二次做了一次逐项积分
最后我们把它变成一个很简单的函数项级数
最后我们把这个和函数求出来
所以下面要做的事情就是把包装去掉
S(x)除以x就可以写成是
x除上1-x 它的导数
所以S(x)就等于把x乘过去
x除上1-x的导数
最后我们可以简单算一下
就等于x除以1-x括弧的平方
所以这是我们如何来处理
分子上的n常数n
所以分子和分母我们都可以用
逐项求导或者逐项积分的办法
把它处理掉
把一个看上去复杂一点的幂级数
通过这些逐项求导 逐项积分
或者通过代数方法
把它变成简单的幂级数
简单到什么程度
简单到那个幂级数的和函数
我们可以马上算出来的
那么我们把包装完了之后
算出来之后
我们把S(x)一层一层去除包装
我们最后把S(x)它本身的
和函数最后给它算出来
-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
--思考题
--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
--思考题
--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
-第三节 思考与练习
--思考题
--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
--思考题
--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
--思考题
--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
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--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
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--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