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数学物理方法_第三章_幂级数展开


pk A,
k 0
qk B
k 0
pk qk pkql cn AB
k 0
k 0
k0 l0
n0
n
cn pk qnk
k 0
三、函数项级数 1、概念与收敛判据
wk (z) w1(z) w2 (z) wk (z)
k 1
设 wk (z) (k 1, 2, 3, ) 是 z 平面上某区
1、比值判别法(达朗贝尔判别法)
| ak || (z z0 ) |k | a0 | | a1 || (z z0 ) | | a2 || (z z0 )2 |
k 0
(3.2.2)
按比值判别法(达朗贝尔判别法)

lim
k
|
ak 1 | ak
|| ||
z z
z0 z0
|k 1 |k
lim ak1 k ak
|k 1 |k
lim ak1 k ak
R
1
级数发散
即: | z z0 | R 收敛
| z z0 | R 发散
z0
收敛
CR
R 发散
R:收敛半径 CR: 收敛圆
2、根式判别法:

lim k
k
| ak
|| z z0 |k
1((33..22..21) )收 绝敛对,收敛
lim k
k
| ak
|| z z0 |k
k n1
——为-N语言叙 述的极限定义!
式中 p 为任意正整数。N一般随 z 不同而不同,
但如果对任给小正数 > 0, 存在与 z 无关的N(),
使得 n > N() 时,上式成立,便说
wk (z)
在 B 内一致收敛。
k 1
2、一致收敛级数的性质
记级数和为 w(z)
(1)在B内一致收敛的级数,如果级数的每一 项 wk (z) 都是 B 内的连续函数,则级数的和
w(z) 也是 B 内的连续函数。
(2)逐项求积分 在曲线 l 上一致收敛的级数, 如果级数的每一项 wk (z) 都是 l 上的连续函数, 则级数的和 w(z) 也是 l 上的连续函数,而且 级数可沿 l 逐项求积分。
l w(z)dz l wk (z) dz l wk (z)dz
k 1
k 1
第三章 幂级数展开
意义:1. 利用级数计算函数的近似值; 2. 级数法求解微分方程; 3. 以级数作为函数的定义; 4. 研究奇点附近函数的性质。
§3.1 复数项级数
一、复级数概念
wk w1 w2 wk ,
k 1
wk uk ivk
(3.1.1)
原级数成为
wk uk ivk uk i vk
(3)逐项求导数(外氏-Weierstrass 定理)
设级数 wk (z) 在 B 中一致收敛,wk (z) (k 0,1,2, ) k 1
在 B 中单值解析,则级数的和 w(z) 也是 B
中的单值解析函数,w( z )
的各阶导数可由
wk (z)
逐项求导数得到,即:
k 1
w(n) (z) wk(n) (z)
mk
收敛,则 wk (z) 在区域 B (或曲线 l
)上
k 1
k 1
绝对且一致收敛。
§3.2 幂级数 一、定义
ak (z z0 )k a0 a1(z z0 ) a2 (z z0 )2 , (3.2.1)
k 0
其中 z0,a0,a1,a2, 为复常数。 这样
的级数叫作以z0为中心的幂级数。 二、幂级数敛散性
k 1
且最后的级数 wk(n) (z) 在 B 内的任意一个区
k 1
域中一致收敛。
3、级数一致收敛的外氏(Weierstrass)判别法,
或优级数判别法,或M判别法
若对于某区域 B (或曲线 l )上所有各点 z, 函
数项级数
wk (z)
各项的模
k 1
| wk (z) | mk ,
( mk 是与 z 无关的正数),而正的常数项级数
k 1
k 1
k 1
k 1
这样复级数 wk 归结为两个实级数 uk , vk
k 1
k 1
k 1
实级数的一些性质可移用于复级数。
二、收敛性问题
1、收敛定义:
n
部分和 An wk , n 1,2, 3, 于 n 有确定
k 1
的极限,便称级数收敛;极限不存在或 lim n
An

便称级数发散。
2、柯西收敛判据 (级数收敛的充分必要条件):

B中的单值解析函数。如果函数项
wk
(
z)
k 1
在 B 中(或某曲线 l 上)所有点上都收敛, 则说级数在B中(或某曲线 l 上)收敛。
柯西收敛判据 (级数收敛的充分必要条件):
对B内每点 z,任给小正数 > 0, 必有 N(, z) 存在,使得当 n > N(, z) 时,
n p
wk (z)
k
k 1
n tk 1 t t2 tn 1 tn1 ,
k 0
1 t
| t | 1, 若
则 lim n tk 1 tn1 1 ,
n k0
1t 1t
对于任给的小正数 ,必有 N 存在,使得 n > N 时,
n p
wk ,
k n1
Hale Waihona Puke 式中 p 为任意正整数。——为-N语言叙 述的极限定义!
3、绝对收敛级数

| wk |
uk2 vk2
收敛,则
wk
k 1
k 1
k 1
绝对收敛。
a. 绝对收敛级数改变先后次序,和不变;
b. 两个绝对收敛级数逐项相乘,其和收敛,为两级数 和之积。
| z z0 | 1,
则(3.2.2)收敛,而(3.2.1)绝对收敛。 引入记号 R lim ak
a k k 1
则即:若
|
z
z0
|
lim
k
ak ak 1
R ,则(3.2.1)
绝对收敛。
另一方面,若 | z z0 | R 则
lim | ak1 k | ak
|| z || z
z0 z0
1
级数发散
R lim 1 k k ak
(收敛半径的另一公式)
z0
收敛
CR
R 发散
R:收敛半径 CR: 收敛圆
3、收敛圆内幂级数绝对且一致收敛
作 CR1 (R1 R)
在 | z z0 | R1
有 | ak (z z0 )k || ak | R1k
对 | ak | R1k 应用比值判别法
k 0
CR
R1 z0
CR1
R
收敛
发散
R:收敛半径 CR: 收敛圆

lim
|
ak 1
k | ak
| R1k1 | R1k
lim ak1 k ak
R1
R1 R
1
幂级数在收敛圆内绝对且一致收敛!
三、例题
例1 求 1 t t2 tk 的收敛圆。t 为复数
解:R lim ak lim 1 1.
a 1 k
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