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文檔簡介
naxnn
RL
(2)Llim|an1
不存在(除)不能用
|ann冪級數axn的和函數為S(x)滿足nn(1)(連續性)S(x)在其收斂域上連續即xD
limS(x)
limaxn
S(x x
x (2)(可導性S(x)在其收斂區間 S(x)
(axn)
naxn1 n0 n1)
0S(x)dx0
anxdx
nf
a(xx)n f(x可以作為anxx0
若可展開,如何求系數an展開式是否唯一? 冪級數的展開與應Taylora(xx)nn0f(x)a(xx)na(xx)nn0
x(x0R,x0討論anf(x)f(x必在(x0-Rx0R)內任意階可導na(xx)n1n0f(x)na(xx)n1n0n(nn(n1)an(xx0f(x)
(xx0),f(n)(,f(n)(x)n!a0nf(
)
,f(
)
,f
)2!a2即 f(x),af(x),
f(x0),f((x0,f((x0n,f(nf(n)(x002nf(x0)
(x0)(xx0)
f(x)
(xx0)
(xx0f(xxx0處的Taylor級數若fx
an(xx0
則an
f(n)(x
nf(xx0點的冪級數展開式唯一f(xxx0可展開為冪級數,則必是其在x=x0處的Taylor級數. f(n)( 0(xx0
但此級數的和函數卻未必是f 例 xf(x) x) f(0)0,f(n)(0)0,(n1,2,)f(x在x0點的Taylor級數在實數域上收斂到f(n)xn但ff(n)xn f(x)f(0)f(0)x
f(0)2!
x2f(x)的Taylor級數能否收斂于f(x)? f(x在(x0-Rx0R)f(xx=x0點的 f(x f(n)(xf(x)f(x)f(x)(xx) 0(xx)2 0(xx)nR f(x)Sn1(x)Rn(nf(xn
f(n)(x0
(xx0
收斂于fSn1(x)f(x)(nRn(x)0(n 設f(x)在點x0的某鄰域內任意階可導,則f(x)在該鄰域內可展開為點x0處的Taylor級數limRn(x)0,Rn(x)為f(x)的 注x00時,稱注n0
f(n)
xn為f(x直接展【例1】將fx)ex展開為x的冪級數【解 f(n)(x)ex f(n)(0)林級
1x1x2 1xn n!
x
Rn(x)
(n
x
(在0x之間|
(x)
(n
xn1
e|x|
|x|n(n1)!xnn n
(c)lime|x|n
|x|n1(n1)!
limR(x)nnnex 1x1x2 1xn ,(x)2! n 1nn1 1nn1n2!【例2】將fx)sinx展開為x的冪級數【解】
(n)(x)sin
nx
f(n)(0)
n
(1)k
n2k f(x) 林級數11x31x5
x2n1
收斂域(,)3! 5!Lagrange
(2nsin(n1)
|x|nRn(x)
(n
,(0x間(n1)!
(c)
limRn(x)n n
nsinxx1x31x5 3! 5!
(2n
x2n1
,x對fx)(1x)(為常數當為正整數時當不是正整數時,可證明f(x) (11)內收斂于f(x(1x)1x(1)x2 ( (n1)xn n!而在x 處視不同的值而定
x
xn 1x xn
,(1x1)1
nxn ex 1x
x2
xn n
n 2! nx2n
(x)sinx (1)n n0 (2n1)!
x2nx(1
x33! 5!
x5 (1)n (2n1)!(x)1x(1)x2 ( (n1)xn n! 1
(1)n(2n
1)!!x
(1x(1x1)1
n
2nn (1)nxn,(1x(1)nxn,(1x1
n0
(1)nln(1x)
dx(1) dx
xn 1
n0
n0
n(1)n-
(1)n1 xnx x2
xn
(1x1)n1 ln(1x)n
xnn
xnn
(1x1) x2n
x2cos
(sinx)
(1)n (1)n n
(2n1)!
n
(2n)!11x21x42! 4!
(1)n
x2 (2n)!(x)
1x2
1x2x4 (1)nx2n (1x1)
x1x
(1)nx2n12n3dx(1)nx2n12n3 x
2n
(1x1)
2(2xcos
x cos2
2n
(1)
(2n)!
22 (1)n x2
(x) 2n
(2n)!ln1 ln(1x)ln(1x1(1)n
xn1
xn1
x2kn0
n n0n
k02k2x2x3 3
2n
x2n
(1x1)將fx)ln(x24x3)(x+2)的冪級數f(x)ln[1(x2)2 n1 [(x n1 (1)n(x2)2
(x2)4(x2)6
(x2)2nn(3x1)將fx)
x24x
x=1展開成冪級數f(x)
(x1)(x
2(x 2(x3)1 4 x1
x11
21
(1)n(x 2n
(1)n(x1) 22n01
n(1)n1 (x1)n
(1x3) 2
22n1n 1x11
x11
1x3x
1x二.二.Taylor①直接法②拆項法③遞推法
的和Sarctan arctan1arctan1
1 11
arctan3 Sarctan1arctan 假設 arctankk arctank1
k arctan1
(n n 故
4①恒等變②冪級數的運算性質(四則運算、分析運算
n
ln2,
4
n
的收斂域、和函數S(x),并計
(n1)nn1(n
n
n
(n1 n1
S(x)
x x2exn1
n1(n
n0(n1)
n
n11S(2)
2n n0 14e2(e21)e22
xn1
14916
1t,設S(tx
n2tn1,t(1,tt tt則
0
n2tn1dt
nt
tntn1 t
t 1
1
(1S(t)
1(1
(1t S1
x2(x1) x
(x (|x| 14916
S122
n2
1)2n
的和n【解
S(x)n2
n21x
(1x1
1 xn
1 xn則S(x) n22n
n1
2
2n2n2 xn
nn1 n
12x
(1xn利 nn1
ln(1x 1x1) S(x)xln(1x)2
1ln(1x)x2x
x2(|x|1,x2 2 S153ln2.2
(n21)2n 1
x2S(x)
ln(12
2xln(1x)x2 2 1 ln(1 2x
(|x|1,x0)2 1 S(0)limS(x)lim ln(1
x0
2
2x 1 S(1)limS(
limx1
ln(1x)2x 2
1
S(1)limS(
lim ln(1
x1 2x 構造一個冪級數
axn
axn nn求an 的收斂域nnn若x0 ,則 發n
x0
axn
S(x)unS(x0 nanxan的處理方法常不唯一n
n1
(1)n(2n1)!
的和【解】構
(1)n
x2n1n1(2nlimn
x22n(2n3)
(1)n1(1)n1(n1)x2n(2n(2n∴收斂域為,設冪級數
(1)n
x2n1
n1
n1(2n(1)nS(1)(2n1)!法1Sx)n1
(1)n(2n
x2n1
(1)n(2n1
x2n2n1
(2n1)!1
(1)n
x2n1
(1)n
x2n12n1
(2n)!
n1
(2n1)! 1
(1)n
x2
(1)n
x2n12 n
(2n)!
n
(2n1)! 1x(cosx1)(sinx21(xcosxsinx)
x(,法2Sx)n1
(1)n(2n
x2nx2 (1)n(2n) x2n n1
(2n1)!x2
(1) 2n1
(2n
x2nx x2
(1) '
x2n12
n
(2n1)! x2
' 2
sinx1
(xcosxsinx)S(0)limS(x)x0S(x)1(xcosxsinx)2
x(,)法3Sx)n1
(1)n(2n
x2n x (1)n
x2ndx0n1
(2n)! x (1)n
x2ndx 1
n1(2n1)! x(xsinx)dx 1(xcosxsinx)
x(,) (1)n
S(1)
(cos1sinn1(2n1)! 本題也可假設Sx)n1
(1)n(2n
x2n S(x)n1
(1)n(2n
x2n
f(n)nf(x)n
an(x
an
f(n)(a)n!a【例】若fx)
x41
,求f(n 【解】fx)x4x3n(1)nx3n
(1xn0當n3k4
f(n)(0) f(3k4)(0)(3k4)! k0,1, f(0) f(7)(0)f(314)(0)7!(1)17!f(14)(0) xex2dx,
sin
dx
x……
lnxex2x
x
(1)n
x2ndx
(1)n
x2n0xsinx
n0x
n!(1)n
n0(2n1)n!x(,)x2ndx
n0(2n1)!(1)n
x2nn0(2n1)(2n
x(,)
1sin
dx的近似值,精確到10-4
sinx11x21x41x6
I
1sin1
3!dx1
7! 1 1 33! 55! 77!誤
|Rn|un1(2n3)(2nn要|R|104n
(2n3)(2n
104
104
104
1043 5
77!
294120I1
3 5
f(x
f(n)(xf(x)f(x)f(x)(xx) 0(xx)2 0(xx)n
近似
f(x)
|R(x)|
f(n1)(x (xx)n1n兩類問題
(n1)! 給出精度,確定項數 方法1:若是Leibniz型級數,可用|Rn(x)|un1來估計;方法2.:|Rn(x)||un1(x)un2(x) |un1(x)||un2(x)|
【例1】計算e的近似值,精確到10-4exex1x1x22!1xnn!,1n!212!1n!212!n!2!
|R| (n1)!
(n2)!
1 (n1)! n 1
(n1)! n (n
n 11
nn要|R|104n7!e2117! 3!
nn
1042.7183
n7【例2】計算ln2的近似值,精確到10-4【分析】ln(1xx1x2
(1)n11xn ,(1x (1)n11n,ln211(1)n11n, 誤 |R|
要|R|104 須n= n f(x)ln1xln(1x)ln(1x)1x2x2x3 3
n
x2n 3
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