幂级数
幂级数的定义
级数 ∑n=0∞anxn 称为幂级数。
收敛性
- 存在收敛半径 R,当 ∣x∣<R 时收敛,当 ∣x∣>R 时发散
- 收敛半径可以通过比值判别法或根值判别法求得
收敛半径的求法
比值判别法
如果 limn→∞anan+1=L,则:
- 当 L=0 时,R=+∞
- 当 L=+∞ 时,R=0
- 当 0<L<+∞ 时,R=L1
根值判别法
如果 limn→∞n∣an∣=L,则:
- 当 L=0 时,R=+∞
- 当 L=+∞ 时,R=0
- 当 0<L<+∞ 时,R=L1
例题
例 1
求幂级数 ∑n=0∞n!xn 的收敛半径。
解:
an=n!1
limn→∞anan+1=limn→∞(n+1)!n!=limn→∞n+11=0
所以收敛半径 R=+∞,即对任意实数 x 都收敛。
例 2
求幂级数 ∑n=0∞xn 的收敛半径。
解:
an=1
limn→∞anan+1=limn→∞1=1
所以收敛半径 R=1,即当 ∣x∣<1 时收敛。
例 3
求幂级数 ∑n=0∞n!xn 的收敛半径。
解:
an=n!
limn→∞anan+1=limn→∞n!(n+1)!=limn→∞(n+1)=+∞
所以收敛半径 R=0,即只在 x=0 时收敛。
例 4
求幂级数 ∑n=0∞n2xn 的收敛半径。
解:
an=n21
limn→∞anan+1=limn→∞(n+1)2n2=1
所以收敛半径 R=1,即当 ∣x∣<1 时收敛。
练习题
练习 1
求幂级数 ∑n=0∞n!xn 的收敛半径。
参考答案
解题思路:
使用比值判别法求收敛半径。
详细步骤:
- 识别级数类型:∑n=0∞n!xn 是幂级数
- 确定系数:an=n!
- 计算比值:limn→∞anan+1=limn→∞n!(n+1)!=limn→∞(n+1)=+∞
- 收敛半径:R=+∞1=0
答案:
收敛半径为 0,即只在 x=0 时收敛。
练习 2
求幂级数 ∑n=0∞n2xn 的收敛半径。
参考答案
解题思路:
使用比值判别法求收敛半径。
详细步骤:
- 识别级数类型:∑n=0∞n2xn 是幂级数
- 确定系数:an=n21
- 计算比值:limn→∞anan+1=limn→∞(n+1)2n2=1
- 收敛半径:R=11=1
答案:
收敛半径为 1,即当 ∣x∣<1 时收敛。
练习 3
求幂级数 ∑n=0∞n3xn 的收敛半径。
参考答案
解题思路:
使用比值判别法求收敛半径。
详细步骤:
- 识别级数类型:∑n=0∞n3xn 是幂级数
- 确定系数:an=n31
- 计算比值:limn→∞anan+1=limn→∞(n+1)3n3=1
- 收敛半径:R=11=1
答案:
收敛半径为 1,即当 ∣x∣<1 时收敛。
练习 4
求幂级数 ∑n=0∞2nxn 的收敛半径。
参考答案
解题思路:
使用比值判别法求收敛半径。
详细步骤:
- 识别级数类型:∑n=0∞2nxn 是幂级数
- 确定系数:an=2n1
- 计算比值:limn→∞anan+1=limn→∞2n+12n=21
- 收敛半径:R=211=2
答案:
收敛半径为 2,即当 ∣x∣<2 时收敛。
练习 5
求幂级数 ∑n=0∞n!xn 的收敛半径。
参考答案
解题思路:
使用比值判别法求收敛半径。
详细步骤:
- 识别级数类型:∑n=0∞n!xn 是幂级数
- 确定系数:an=n!1
- 计算比值:limn→∞anan+1=limn→∞(n+1)!n!=limn→∞n+11=0
- 收敛半径:R=01=+∞
答案:
收敛半径为 +∞,即对任意实数 x 都收敛。