- •ОГЛАВЛЕНИЕ
- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •1. ЧИСЛОВЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЯДЫ
- •1.1. Числовые ряды
- •Общие сведения
- •Необходимое условие сходимости ряда
- •Достаточные признаки сходимости рядов
- •Решение типовых примеров
- •Задания для самостоятельного решения
- •1.2. Знакочередующиеся ряды
- •Решение типовых примеров
- •Задания для самостоятельного решения
- •1.3. Знакопеременные ряды. Абсолютная и условная сходимость
- •Достаточный признак сходимости знакопеременного ряда
- •Решение типовых примеров
- •Задания для самостоятельного решения
- •1.4. Функциональные ряды
- •Решение типовых примеров
- •Задания для самостоятельного решения
- •1.5. Степенные ряды
- •Свойства степенных рядов
- •Решение типовых примеров
- •Задания для самостоятельного решения
- •1.6. Ряды Тейлора и Маклорена
- •Разложения в ряд Маклорена типовых функций:
- •Решение типовых примеров
- •Задания для самостоятельного решения
- •1.7. Некоторые приложения степенных рядов
- •Вычисление значений функций
- •Решение типовых примеров
- •Вычисление определенных интегралов
- •Применение рядов к решению дифференциальных уравнений
- •Решение типовых примеров
- •Задания для самостоятельного решения
- •1.8. Ряды Фурье
- •Решение типовых примеров
- •Задания для самостоятельного решения
- •ОТВЕТЫ
- •ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Контрольная работа по рядам
- •ЛИТЕРАТУРА
56
57
58
59
60
∑∞ ( −1)n lnn ;
n=1 n
∞ |
n+1 |
2 |
|
|
∑ |
( −1) |
|
( n −1) |
; |
n |
2 |
+1 |
||
n=1 |
|
|
||
∞ |
n−1 |
|
|
1 |
|
n |
|
∑( −1) |
1 + |
; |
|||||
|
n |
|
|||||
n=1 |
|
|
|
|
|
||
∞ |
n |
2n |
+1 |
n |
||
∑( −1) |
|
3n |
+1 |
|
; |
|
n=1 |
|
|
|
|
||
∞ |
n−1 |
∑( −1)n . |
|
n=1 |
n 5 |
1.4.Функциональные ряды
Определение Ряд, членами которого являются функции от х, называется функциональным:
∞ |
|
|
∑un( x ) =u1( x ) +u2 |
( x ) + ...+un( x ) + ... |
(9) |
n=1
Совокупность тех значений x , при которых функциональный ряд сходится, называется областью сходимости этого ряда. Областью сходимости функционального ряда чаще всего служит какой-нибудь промежуток оси Оx.
Частичная сумма функционального ряда, т. е. сумма первых n его членов, является функцией переменной x :
Sn( x ) =u1( x ) +u2( x ) + ...+un( x ) |
(10) |
21
В любой точке x из области сходимости функционального ряда (9) существует предел частичной суммы (10) при n →∞. В точках, не принадлежащих области сходимости функционального ряда частичная сумма Sn( x ) не имеет предела. Сумма функционального ряда является некоторой функцией от x , определенной в области сходимости ряда:
S( x ) = lim Sn( x ), x D |
|
(11) |
||
n→∞ |
|
|
|
|
Разность Rn( x ) = S( x ) − Sn( x )называется остатком |
функционального |
|||
ряда. |
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
Определение Функциональный |
ряд |
∑un( x ) |
называется равномерно |
|
|
|
n=1 |
|
|
сходящимся в области D, к функции |
S (x), |
если для любого ε >0 найдётся |
||
такое число N, что для всех n>N и для всех x D справедливо неравенство
n
∑uk ( x ) − S( x )
k=1
<ε или Rn( x ) = Sn( x ) − S( x ) <ε .
Признак Вейерштрасса
(достаточный признак равномерной сходимости)
∞
Если для ряда ∑un( x ) на отрезке [a, b] существует сходящийся
n=1
∞
знакоположительный числовой ряд ∑Cn , удовлетворяющий условию
n=1
un( x ) ≤Cn ( n =1,2,...),
∞
то ряд ∑un( x ) сходится на отрезке [a,b] равномерно.
n=1
Решение типовых примеров
|
|
n +1 |
n2 |
||
|
∞ |
|
n |
|
|
61 |
Найти область сходимости рядов ∑ |
|
|
. |
|
|
n |
|
|||
|
n=1 |
|
x |
|
|
Решение По радикальному признаку Коши имеем:
22
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n +1 n2 |
|
|
|
|
|
|
|
n +1 n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
n +1 n |
|
|
e |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
|
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
lim |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
x |
|
x |
|
|
n |
|
|
x |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n→∞ |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
n→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e2 |
|
|
|
e2 − x2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Ряд будет сходиться при |
|
|
e |
|
|
<1, следовательно, |
−1 <0 , |
<0 , так |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
x |
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
x2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
как |
x2 >0 , то e2 − x2 <0 . |
|
Ряд сходится при x (−∞;−e) (e;+∞). |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
62 Исследовать на равномерную сходимость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
sin x + |
1 |
|
sin2 2x + |
1 |
|
sin3 3x +...+ |
1 |
|
sinn nx +.... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
22 |
|
32 |
|
|
n2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Область определения (−∞;+∞). Сравним данный ряд с числовым |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
знакоположительным |
рядом |
|
|
1 + |
1 |
|
+ |
1 |
+...+ |
|
1 |
|
|
|
+... |
- |
|
это |
|
|
|
|
|
обобщённый |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
32 |
|
n2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
гармонический ряд, |
при |
|
p = 2 >1 он сходится. |
|
|
|
sinn nx |
|
≤ |
1 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Так как |
|
|
, то по |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
n2 |
|
|
|
|
n2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
признаку Вейерштрасса данный ряд равномерно сходится на всей оси Ох. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задания для самостоятельного решения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Найти область сходимости рядов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
∞ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
63 |
∑ |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
64 |
∑(−1)n−1 nenx ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
lg x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
n=1 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
n |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
сosnx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
65 |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
66 |
∑ |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
(1 + x |
2 |
) |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
n n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
67 |
∞ |
|
n |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
68 |
∞ |
|
n |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
∑n=1 |
xn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑n=1 |
2nx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
23
