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 > 函数项级数的一致收敛性-概念
好 对于函数项级数
我们讨论一种新的收敛性
就是一致收敛
那么我们先回顾一下
我们原来讲的逐点收敛
x0是一个点
我们讨论在这一点的收敛性
我们是这么讲的
如果对于任意的ε大于0
存在一个N 自然数
对于任意的n大于N
如果都有∑k从1到n
uk(x)减去和函数S(x)
在x0这一点小于ε
那我们就说在x0这一点
这个级数收敛到S(x0)
那你可以相信这么一件事情
对任意一个ε 我这N的选取
第一是和ε有关系的
ε通常取的小一点
我N一般来讲要取得大一点
实际上这个N还与什么有关系呢
是与x0有关系的
也就是我点不同的话
你肯定不能指望N可以取同一个数
不同的点 这个N同样也是不一样的
所以呢 我们N的选取
既依赖于ε这个值
实际上也依赖于x0这个点的位置
即便收敛的话
不同的点 N的选取也是不一样的
那么下面我们给出一致收敛的定义
如果对于任意的ε大于0
存在着一个正整数N
这个N只依赖于ε
使得对于任意的n>N
对于任意的x在你所讨论的区间I
如果∑k从1到n uk(x)减去S(x)的
绝对值如果小于ε
那么我们就称这个函数项级数
在I这个范围内一致收敛到和函数S(x)
我们回过头来再来看一下
一致收敛和逐点收敛它的区别
就在于
一致收敛的N对于任意的x都成立
而逐点收敛呢
N有可能跟x取那个点的位置
有可能有关系
那么对一致收敛来讲
我们说这个N 对x属于I这个范围内
这个N是一致有效 也就一致管用的
x无论在I这个集合里面取哪一点
这个N都可以用的
那么我们就说这种收敛性
叫做一致收敛 跟x无关的
那么上面那种收敛呢
区别于一致收敛
我们把它叫做逐点收敛
给一个点 我们来讨论它的收敛性
给一个点 来讨论它的收敛性
叫逐点收敛
这就是逐点收敛
和一致收敛它所不同之处
对级数的收敛性
我们知道有一个柯西准则
那么对一致收敛 我们也有柯西准则
函数项级数一致收敛的柯西准则
如果对任意的ε大于0
存在一个依赖于ε的正整数N
对于任意的n大于N
对任意的p 是一个正整数
对任意的x属于I
那么我们这么一个和式
∑k从n+1到n+p uk(x)的和式的
绝对值如果都小于ε
那么 这个函数项级数
在I这个集合上
一致收敛到S(x)
这也是我们判断一致收敛性的
一个很有用的工具
好我们来看一下例题
我们看这么一个函数项级数
-1的n次方 n加上sin x
n从2到正无穷
x 是整个实轴上都可以取到
我们来看一看
我们想用柯西准则来证
∑k从n+1到n+p
-1的k次方 k加上sin x
我们知道这个函数项级数
只要把x给固定了
那么它就是一个交错项级数
正负正负交错的
而且除了正负号之外
随着n的增长 这是单调下降的
所以交错项级数的性质告诉我们
这一定小于等于n+1加上sin x
一定小于等于n+1加上sin x
也就是说第一项和最后一项
取得大的那一项 小于等于它
既然小于等于它
那么对于任意的x来讲
这也一定小于等于n分之1
我让它小于ε
对于ε是大于0的一个数
我可以取到 我取到了就行了
取到N
就等于ε分之1的取整函数加上1
现在我们就可以讲了
对于任意的ε大于0
我都取到了这个N了 当然存在了
对任意的n>N
对任意的p是一个正整数
对任意的一个x属于实数
那么刚才那个和式k从n+1 到 n+p
uk(x)一定小于ε
那么我们把这句话
重新从头到尾念一遍的话 不就是
函数项级数一致收敛的柯西准则
结论就是这个级数
-1的n次方 n加上sin x
n从2到正无穷
这个函数项级数 是一致收敛的
好 我们再来看一道例题
u1(x)就等于x
u2(x)就等于x平方减x
一直下去
un(x)就等于x的n次方减x的n-1次方
k从n+1到n+p uk(x)
它就可以写成是等于
x的n次方减去x的n+p次方 首项 末项
我们来看看它的收敛性
在什么地方呢
x属于[0,1]这个范围的收敛性
我取ε0就等于4分之1
对于任意的N是一个正整数
我取n就等于N+1
p也等于N+1
然后呢 我再取x0 2分之1的
N+1分之1次方
那么这时候 我们就可以发现
x0的n次方减去x0的n+p次方
我们把x0朝里面一代
把n朝里面一代
把p朝里面一代
实际上就等于4分之1
所以我们将存在着一个ε0
我取到了就是存在了
存在着一个ε0大于0
对于任意的N 都可以存在着一个n
存在着一个p 存在着一个x0
使得这个
∑k从n+1 到 n+p的这么一个绝对值
是大于等于ε0的
那么这就是我们表示
这么一个函数项级数
un(x) n从1到正无穷
在[0,1]这个区间上是不一致收敛
它就是不一致收敛
我们再来强调一下什么是不一致收敛
那么我们再来看 什么叫一致收敛
一致收敛就是
对于任意的ε大于0
存在着一个N 使得对于任意的n
对任意的p正整数
对于任意的x属于I
都有这个东西小于ε
这是一致收敛
那么不一致收敛怎么说呢
存在着一个ε0大于0
对于任意的N是正整数
存在着一个n大于N
存在着一个p是正整数
存在着一个x0属于I
使得这个绝对值大于等于ε0
那这就是不一致收敛
也就是我们把一致收敛这个论断给否定
这是不一致收敛
我们再来看看这道例题
你看 存在着一个ε0
这不就是存在吗
我取到就是存在了
对于任意的N
存在着一个n
存在着一个p
存在着一个x0
使得这个差的绝对值就等于它
是大于等于ε0
这不就不一致收敛
所以呢这个函数项级数
在[0,1]这个闭区间上是不一致收敛的
-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
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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
--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
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-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
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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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--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
-第三节 思考与练习
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--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
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--导数的四则运算
--反函数求导法
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--高阶导数
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--Fermat定理
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--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
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--函数的单调性
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-第二节 正项级数的收敛判别法
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--第八章 级数--第四节 思考与练习
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--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