
Методические указания. Понятов
.pdf
менной х может сходиться, а при других – расходиться. Поэтому вопрос сходимости функциональных рядов сводится к определению области сходимости ряда, т.е.совокупности значений переменной х, при которых ряд сходится.
Важным видом функциональных рядов является ряд вида
a0 a1x a2 x2 ... an xn ... an xn ,
n 0
Называемый степенным рядом.
Основным свойством степенных рядов является то, что если степенной ряд сходится при x = x0 , то он сходится и притом абсолютно для всех x x0
(теорема Абеля). Следствием теоремы Абеля является то, что для каждого степенного ряда существует такое положительное число R, что при всех х таких,
что x R (или –R<x<R), ряд абсолютно сходится, а при всех x R ряд расхо-
дится.R называется радиусом сходимости. Интервал (–R, R) называется интервалом сходимости. Если R = 0, то степенной ряд сходится только при х = 0; если R = , то ряд сходится для всех значений х. На концах интервала сходимости в точках х = R сходимость ряда надо исследовать отдельно.
Для отыскания радиуса и интервала сходимости степенных рядов можно использовать признаки Даламбера или Коши, применяемые к ряду из абсолютных величин членов исходного ряда.
Пример 81. Найти область сходимости степенного ряда
|
|
|
|
|
|
x |
n |
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
|
x |
3 |
|
|
|
|
|
x |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
... |
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
n 1 |
n |
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Решение. Применяем признак Даламбера: u |
(x) |
xn |
, |
u |
(x) |
|
|
xn 1 |
|
, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
n |
|
n 1 |
|
|
|
|
|
n 1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
lim |
|
un 1 (x) |
|
lim |
|
xn 1n |
|
|
lim |
|
xn |
|
|
lim |
|
|
x |
|
|
|
x |
|
. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
n 1 xn |
n 1 |
1 1/ n |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
n |
u |
(x) |
|
n |
|
n |
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, ряд сходится при |
|
x |
|
1 (–1<x<1) |
и расходится при |
|
x |
|
1, R=1. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определим сходимость на концах интервала сходимости, в точках –1 и 1.
При х = –1 имеем ряд: 1 12 13 14 ... . Этот знакочередующийся ряд сходит-
ся по признаку Лейбница (см. пример 79).
При х = 1 имеем ряд: 1 12 13 ... 1n ... Это гармонический ряд, он расходится.
Вывод: область сходимости степенного ряда [-1, 1).
Записав условие сходимости ряда в общем виде для un (x) an xn , можно выразить радиус сходимости ряда R через коэффициенты an .
61

|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
n 1 |
(x) |
|
lim |
|
a |
xn 1 |
|
lim |
|
a |
|
|
|
1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Признак сходимости Даламбера |
lim |
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
n 1 |
|
x |
или |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
a xn |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
u |
n |
(x) |
|
n |
|
|
n |
|
a |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
an |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
an |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
x |
|
lim |
|
|
, следовательно, |
R lim |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
an 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
x |
n |
n |
an 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
Например, для ряда |
|
|
из предыдущего примера |
a |
1 |
. Получаем |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n |
|
n |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R lim |
|
|
an |
|
|
lim |
|
n 1 |
|
lim |
|
1 |
|
|
1 |
|
1, что совпадает с R, полученным там. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
a |
|
|
n |
|
|
|
n |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n |
|
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогично из признака Коши можно получить R 1/ lim n an .
n
xn
Пример 82. Найти область сходимости степенного ряда .
n 1 n!
Решение. an n1!
R lim |
an |
|
lim |
a |
|
||
n |
|
n |
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
, an 1 |
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
(n 1)! |
|||||||
|
|
|
|||||
(n 1)! |
|
|
lim |
|
n |
||
|
|
||||||
n! |
|
|
n |
|
|
Находим радиус сходимости
!(n 1) |
|
lim |
|
n 1 |
|
. |
|
|
|
||||
|
|
|
||||
n! |
|
n |
|
|
|
|
Вывод. Данный ряд сходится при любом значении х.
62
Литература
1. Высшая математика для экономических специальностей: учебник и практикум / Н.Ш. Кремер, Б.А. Путко, И.М. Тришин, М.Н. Фридман; Под ред. проф. Н.Ш. Кремера. – М.: Юрайт, 2011. –909 с.
2.Письменный Д.Т. Конспект лекций по высшей математике. Полный курс. – М.: Айрисс-пресс, 2006.–608 с.
3.Красс М.С, Чупрынов Б.П. Математика для экономистов. – СПб.:
Питер, 2010. – 464 с.
4.Общий курс высшей математики для экономистов: Учебник / Под общ. ред. В.И. Ермакова. – М.: ИНФРА-М, 2010. – 656 с.
5. Сборник задач по высшей математике. 1 курс / К.Н. Лунгу, Д.Т. Письменный, С.Н. Федин, Ю.А. Шевченко. – М.: Айрис-пресс, 2008. – 576 с.
6.Сборник задач по высшей математике. 2 курс / К.Н. Лунгу и др., под ред. С.Н. Федина – М.: Айрис-пресс, 2007. – 592 с.
7.Данко П.Е., Попов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах.– М.: Оникс, 2008. – 816 с.
63
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ТИПОВЫХ РАСЧЕТОВ ПО МАТЕМАТИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ
Составитель:
Алексей Александрович Понятов
Учебно-методическое пособие
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И Лобачевского». 603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина,23
Подписано в печать . Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 3,9. Уч.-изд. л.
Заказ № Тираж экз.
Отпечатано в типографии Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского
603600, г. Нижний Новгород, ул. Большая Покровская, 37 Лицензия ПД № 18-0099 от 14.05.01.
64
65