有收敛区间怎么求收敛域

2024-12-15 20:25:27
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求幂级数的收敛域通常遵循以下步骤:

确定收敛半径

使用比值判别法或其他方法计算收敛半径 ( R )。

例如,如果幂级数的通项为 ( a_n ),则收敛半径 ( R ) 可以通过极限 (lim_{n to infty} left| frac{a_{n+1}}{a_n} right| ) 计算得到。

确定收敛区间

收敛区间是收敛半径 ( R ) 内的开区间 ( -R, R )。

判断端点敛散性

对于收敛区间的端点 ( x = -R ) 和 ( x = R ),需要单独判断级数的敛散性。

如果端点处级数收敛,则收敛域包含该端点(闭区间);如果发散,则收敛域不包含该端点(开区间)。

综合判断

综合左右端点的敛散性和收敛半径,得到收敛域。

示例

假设幂级数的通项为 ( a_n = frac{1}{n^2} ),则收敛半径 ( R ) 可以通过以下极限计算得到:

[ R = lim_{n to infty} left| frac{a_{n+1}}{a_n} right| = lim_{n to infty} left| frac{frac{1}{(n+1)^2}}{frac{1}{n^2}} right| = lim_{n to infty} left| frac{n^2}{(n+1)^2} right| = 1 ]

因此,收敛区间为 ( -1, 1 )。

接下来,判断端点 ( x = -1 ) 和 ( x = 1 ) 的敛散性:

当 ( x = 1 ) 时,级数变为 ( sum frac{1}{n^2} ),这是一个收敛的级数(p-级数,p=2>

1)。

当 ( x = -1 ) 时,级数变为 ( sum frac{(-1)^n}{n^2} ),这也是一个收敛的级数(交错级数,满足莱布尼兹判别法)。

因此,收敛域为 ( [-1, 1] )。

总结

求幂级数的收敛域需要先确定收敛半径,然后判断收敛区间端点的敛散性,最后综合这些信息得到收敛域。需要注意的是,收敛域可以是开区间、闭区间或半开半闭区间