概念:给定一个无穷数列 ,将其各项用加号连起来得到记号 ,即
叫作无穷级数,简称级数,其中叫作该级数的通项。若是常数,则称 为常数项无穷级数,简称常数项级数。如在引例中写出的总时间,这里的通项 。
级数收敛和数列收敛的区别是什么?数列收敛是一个数收敛,但级数是和收敛
级数收敛和发散:,若(一个存在的有限数),则称收敛,并称S为该收敛级数 的和;若不存在,则称发散
① 写 ;
② 算是否存在
收敛+(-)发散=发散
发散+(-)发散=不一定
性质 2 改变级数任意有限项,不会改变该级数的敛散性。
常用来忽略有限项来判断敛散性
性质 3 收敛级数的项任意加括号后所得的新级数仍收敛,且其和不变。
如若收敛,则也收敛。
加括号新级数收敛,原级数不一定收敛
如级数 ,其中常数 ,若从第一项起,两项两项地加括号,可得收敛,但原级数是发散的。
级数收敛的必要条件
这里S下标2n和2n+1不是表示下标为偶数或奇数的项之和,而是表示有奇数个或者偶数个项相加
若通项 ,,则称为正项级数。(部分和数列单调不减,注意是和,不是一个数)
`
收敛原则。
正项级数收敛的充分必要条件是它的部分和数列 有界。
比较判别法(注意是从某项起,也就是可以忽略有限项)
个人技巧:直接使用等价无穷小
调和级数:
不要局限于有限数,要看n->∞的时候,注意an是通项,不是某一个数
发散
收敛
回忆第八讲反常积分
给出一正项级数,如果,那么
① 若 ,则收敛;
② 若 ,则发散。
需要指出,若 ,无法用此法判定 的敛散性。比如对于 ,,则
;对于 ,,则 \[
给出一正项级数 ,如果 ,那么
① 若 ,则 收敛;
② 若 ,则 发散。
同样=1失效
完善了第八讲反常积分
为什么可以用积分判别法来判断级数的敛散性?
证明:积分中值定理,然后对每一项进行累加即可证明
只要对通项取极限不为0,则必发散
若级数各项正负相间出现,则称这样的级数为交错级数,一般写为
给出一交错级数 ,,,
若① 单调不增(可联系到函数使用导函数);② ,则该级数收敛。
条件收敛
有时候如果判别不了单调性,可能是两个或两个以上复合而成的,需要拆项
如果级数 发散,我们不能断定级数 也发散。但是,如果我们是用比值判别法或根值判别法根据 或 而判定级数 发散的,那么我们可以断定级数 也必定发散。这是因为从 可推知 ,从而 ,因此级数 是发散的。
还可额外用举例法
不可以直接用 ,非正项级数不能直接用比较判别法,应使用 ,假设 收敛,则 收敛。矛盾,则假设不成立,原命题成立,即 发散
怎么记?但凡涉及这种,理解为消去了负号;收敛,不代表他的子数列收敛,可能是正负抵消的结果
当可以直接求出y'',y'的时候,没必要再去解微分方程
函数项级数
一般形式(在x0处展开),联想到泰勒展开,所以
标准形式(在x=0处展开),联想到麦克劳林公式,所以
若给定 ,有 收敛,则称点 为函数项级数 的收敛点;若给定 ,有 发散,则称点 为函数项级数 的发散点。
函数项级数 的所有收敛点的集合称为它的收敛域
若幂级数在点x₀(x₀≠0)收敛,则对于满足|x|<|x₀|的所有x绝对收敛;反之若在x₁发散,则对于|x|>|x₁|的所有x发散。
收敛区间与收敛域(端点需要讨论)
事实上,第二个方法完全适用于第一个方法
和的积分等于积分的和
对于一般函数项级数收敛域,可以不是对称区间,也没有“收敛半径”
不能用方法一,方法一针对的是幂级数
看准在哪个位置展开(x-x0)
幂级数的和函数S(x)在其收敛域上连续(只是幂级数连续,其他级数不一定)
幂级数的和函数S(x)在其收敛域上可积,且有逐项积分公式(和的积分等于积分的和)
常用求和函数,积分后收敛半径不变,但收敛域可能会增大
幂级数 的和函数 S(x) 在其收敛区间 (-R, R) 内可导,且有逐项求导公式(和的求导等于求导的和)
逐项求导后所得到的幂级数与原级数有相同的收敛半径,但收敛域可能缩小。
,
结论
用泰勒展开式去得出通项
不定积分通过函数与变上限积分进行转换(回忆十五讲,一元微分方程解),这个a相当于从x=a处进行展开
当幂级数是抽象函数,并给出了递归公式,可以考虑求导,建立微分方程
华理士公式,换元法,造未知参数,不定积分转换变上限积分
记公式不是目的,学会理解
在解题过程中不要忘记标注收敛域
如果函数f(x) 在点处存在任意阶导数,则称
为函数f(x) 在 处的泰勒级数,若收敛,则 。
特别地,当 时,称
为函数 f(x) 的麦克劳林级数,若收敛,则 。
它们都被称为函数展开成幂级数。
一般不采用
方法二(间接法) 利用已知的幂级数展开式,通过变量代换、四则运算、逐项求导、逐项积分和待定系数法等方法得到函数的展开式。
子主题1
逐项求导
解题过程不要忘记标明收敛域,因为求导和积分都可能导致收敛域变化
看到要想到这是求导而来的
只在[0,]上有定义的函数的正弦级数和余弦级数展开