持续学习:数学分析之幂级数与傅里叶级数

持续学习:数学分析之幂级数与傅里叶级数

上一篇讲到一般的无穷级数理论。就具体运用到的表达函数而言,由两类特殊的函数项级数是十分重要的:幂级数与三角函数。

幂级数是多项式的推广,是无穷次的多项式,它的收敛域很特别,是以某点为中心的区间,而且在收敛区间内,和函数是无穷次可微的。

三角级数是一种特殊形式的三角函数的无穷和,用三角级数表示的函数可以是不可微的,甚至不连续,因此表达的函数范围广。

由于幂级数使用简单,以此幂级数与三角级数各有所长,不可互相替代。

幂级数的收敛域与和函数

  • 幂级数:Σan(x-x0)^n = a0 +a1(x-x0)+a2(x-x0)^2+...+an(x-x0)^n+... ;其中an属于R,称为幂级数的系数
  • 幂级数的收敛性:
  • 1)阿贝尔第一定理:若幂级数在x1收敛,则在x属于|x1|下,该幂级数都绝对收敛;若级数在x2发散,则对一切x>|x2|,幂级数都发散
  • 2)收敛半径下的定理:幂级数收敛半径R下,(-R,R)绝对收敛,[-R,R]外都发散,在正负R处可能收敛可能发散
  • 3)给定幂级数Σan(x-x0)^n,如果lim |(an+1)/an| = p,或lim 3√|an| = p,则收敛半径R =1/p
  • 幂级数和函数的分析性质:
  • 1)阿贝尔第二定理:关于收敛与一致收敛的定理
  • 2)连续性
  • 3)逐项求导与逐项积分
  • 幂级数的运算:
  • 1)两个幂级数相等的概念,同次幂项系数相等
  • 2)和函数是奇函数,则不出现偶次幂的项,反之亦然
  • 3)两个幂级数的和与乘积
  • 函数幂级数的展开:
  • 1)泰勒展开
  • 2)麦克劳林展开
  • 3)拉格朗日型余项
  • 4)柯西型余项
  • 5)常用的几个初等函数的幂级数展开


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