幂级数求和函数的方法总结

常见幂级数求和函数方法综述

引言 级数是高等数学体系的重要组成部分，它是在生产实践和科学实验推动下逐步形成和发展起来的。中国魏晋时期的数学家刘徽早在公元263年创立了“割圆术”，其要旨是用圆内接正多边形去逐步逼近圆，从而求得圆的面积。这种“割圆术”就已经建立了级数的思想方法，即无限多个数的累加问题。而将一个函数展开成无穷级数的概念最早来自于14世纪印度的马徳哈瓦，他首先发展了幂级数的概念，对泰勒级数、麦克劳林级数、无穷级数的有理数逼近等做了研究。同时，他也开始讨论判断无穷级数的敛散性方法。到了19世纪，高斯、欧拉、柯西等各自给出了各种判别级数审敛法则，使级数理论全面发展起来。中国传统数学在幂级数理论研究上可谓一枝独秀，清代数学家董祐诚、坎各达等运用具有传统数学特色的方法对三角函数、对数函数等初等函数幂级数展开问题进行了深入的研究。而今，级数的理论已经发展的相当丰富和完整，在工程实践中有着广泛的应用，级数可以用来表示函数、研究函数的性质、也是进行数值计算的一种工具。它在自然科学、工程技术和数学本身方面都有广泛的作用。

幂级数是一类最简单的函数项级数，在幂级数理论中，对给定幂级数分析其收敛性，求收敛幂级数的和函数是重要内容之一。但很多人往往对这一内容

幂级数求和函数方法概括与总结

1

常见幂级数求和函数方法综述

引言

级数是高等数学体系的重要组成部分，它是在生产实践和科学实验推动下逐步形成和发展起来的。中国魏晋时期的数学家刘徽早在公元263年创立了“割圆术”，其要旨是用圆内接正多边形去逐步逼近圆，从而求得圆的面积。这种“割圆术”就已经建立了级数的思想方法，即无限多个数的累加问题。而将一个函数展开成无穷级数的概念最早来自于14世纪印度的马徳哈瓦，他首先发展了幂级数的概念，对泰勒级数、麦克劳林级数、无穷级数的有理数逼近等做了研究。同时，他也开始讨论判断无穷级数的敛散性方法。到了19世纪，高斯、欧拉、柯西等各自给出了各种判别级数审敛法则，使级数理论全面发展起来。中国传统数学在幂级数理论研究上可谓一枝独秀，清代数学家董祐诚、坎各达等运用具有传统数学特色的方法对三角函数、对数函数等初等函数幂级数展开问题进行了深入的研究。而今，级数的理论已经发展的相当丰富和完整，在工程实践中有着广泛的应用，级数可以用来表示函数、研究函数的性质、也是进行数值计算的一种工具。它在自然科学、工程技术和数学本身方面都有广泛的作用。

幂级数是一类最简单的函数项级数，在幂级数理论中，对给定幂级数分析其收敛性，求收敛幂级数的和函数是重要内容

一、 泰勒级数

在泰勒定理中曾指出，若函数f在点x0的某邻域内存在直至n+1阶的连续导数，则：

f''(x0)f(n)(x0)2（1） (x-x0)+?+(x-x0)n+Rn(x) f(x)=f(x0)+f(x0)(x-x0)+2!n!'这里Rn(x)为拉格朗日余项

f(n+1)(?)（2） Rn(x)=(x-x0)n+1

（n+1）!其中，?在x与x0之间，称（1）为f在x0的泰勒展式。

如果在（1）中抹去余项Rn(x)，那么在x0附近f可用（1）式右边的多项式来近似代替，如果函数f在x=x0处存在任意阶的导数，这时称形式为

f''(x0)f(n)(x0)2 f(x0)+f(x0)(x-x0)+ (x-x0)+?+(x-x0)n+? （3）

2!n!'的级数为函数f在x0的泰勒级数，对于级数（3）是否能在x0附近确切的表达f,或说f在x0的泰勒级数在x0附近的和函数是否就是f，这就是下面要讨论的问题。

先看一个例子： 例1 由于函数

?-x12?f(x)??e,x?0

??0,x?0在x=0处任何阶导数都等于0，即

f(n)(0)=0,n=1,2,?

所以f在x=0的泰勒

幂级数展开的多种方法

摘要：本文通过举例论证的说明方法，系统地对幂级数展开的多种解法进行了详细地概括、分类及总结

关键词：幂级数;泰勒展式;洛朗展式;展开

在复变函数的学习过程中，我们涉及了对解析函数幂级数展开的学习.由课本的知识知道，任意一个具有非零收敛半径的幂级数在其收敛圆内收敛于一个解析函数.这个性质是很重要的，但在解析函数的研究上，幂级数之所以重要，还在于这个性质的逆命题也是成立的.即有下面的泰勒定理和洛朗定理：

定理 1（泰勒定理）设f?z?在区域D内解析，a?D，只要圆K:z?a?R含于D，则f?z?在K内能展成幂级数f?z???c?z?a?，其中系数

nnn?0?cn??d?n?1?2?i????a?1f???f?n??a?n!.（?:z?a?? 0???R n=0,1,2?)且展式唯

一.

定理2（洛朗定理）在圆环H:r?z?a?R （r?0 R???）内解析的函数

f?z?必可展成双边幂级数f?z????n???cn?z?a?n，其中系数cn??d? n?1?2?i????a?1f??(n?0,?1,?2? ?:z?a?? r???R) 且展式唯一.

这两个定理的存在，使得在函数解析的范围内，我们可以通过幂级数展

CH 4 级数

1、复数项级数

2、幂级数3、泰勒(Taylor)级数

4、罗朗(Laurent)级数

第四章幂级数

§4.1 复数项级数

1. 复数列的极限

2. 级数的概念

26 December 2013

© 2009, Henan Polytechnic University

2 2

第四章幂级数

1. 复数列的极限

定义 设复数列：{ n }( n 1,2, ), 其中 n=an ibn , 又设复常数： a ib,

若 0, N 0, 当 n N , 恒有 n ,

那么 称为复数列 { n }当n 时的极限， 记作lim n , 或当n 时， n ,n

定理1 lim n lim a n a , lim bn b. n n n 证明 “ ”已知 lim n 即，n

此时，也称复数列 n }收敛于 . {

0, N 0, n N , 恒有 n 26 December 2013© 2009, Henan Polytechnic Uni

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

安徽工业大学 信息与计算科学系 毕业论文

题 目: 姓 名: 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 指导教师:

中文：级数求和的若干方法 English:Summation of several methods 徐科 数理学院 信息与计算科学 2009级1班 099084166 张 敬 和

2013年6月8日

┊ ┊ ┊ ┊ ┊

各专业全套优秀毕业设计图纸 各专业全套优秀毕业设计图纸

目 录

中文摘要 ……………………………………………………………2 英文摘要 ……………………………………………………………2 一、引言 ……………………………………………………………3 二、无穷级数的性质及常见的几种级数 …………………………3 三、无穷级数求和的方法举例

（一）利用级数和的定义 …………………………………………5 （二）裂项相消法 ………………………………………………6 （三）拆项求和法 ………………………………………………7 （四）利用已知函数的幂级数展开式求和 ……………………7 （五）逐项微分与逐项积分法 …………………………………8 （六）利用傅里叶级数求和法 …………………………………9 （七）利用欧拉常数法 ………………………………………10 （八）方程式法求和 …………………………………………11 （九）利用子序列的极限 ……………………………………11 （十）转化为函数项级数的和 ………………………………12 （十一）利用概率求一类函数 …………………………………12 四、总结 ………………………………

第十一章 函数级数 级数的收敛、求和与展开一、数项级数的审敛法√

二、求幂级数收敛域的方法4、5、7节

三、幂级数和函数的求法 四、函数的幂级数和付式级数 展开法机动 目录 上页 下页 返回 结束

三、幂级数和函数的求法 求部分和式极限 利用幂级数性质，借用已知幂级数的和函数求解 (在收敛区间内)

n 0

an xS (x)

n

逐项求导或求积分

n 0

an x n

难

求和

对和式积分或求导

S * ( x)

数项级数 求和

直接求和:

求部分和等

间接求和: 转化成幂级数求和, 再代值机动 目录 上页 下页 返回 结束

常用函数的幂级数(或常用幂级数的展开式)

1 2 1 n e 1 x x x , 2! n!x

x ( , )

( 1) n n 1 ln(1 x) x 1 x 2 1 x 3 1 x 4 x n 1 2 3 4 x ( 1, 1] 5 7 2 n 1 3 x x x n x ( 1) sin x x 5! 7 ! (2n 1) ! 3! x ( , ) x2 x 4 x6 x

滨州学院本科毕业设计(论文)

级数求和的常用方法

摘 要

级数理论及应用无论对数学学科本身还是在其他科学技术及理论的发展中都有极为重要的影响和作用，而级数求和是级数理论及应用的主要内容之一.由于级数求和的方法比较多，技巧性很强，一般很难掌握其规律，是学习的一个难点，因此掌握一些常用的级数求和方法就显得尤为重要.通过例题，分别针对常用的数项级数和函数项级数求和进行分析和讨论，试图通过对例题的分析和解决，展示级数求和的常用方法和思想，进而探索级数求和的规律，理解级数理论即合理应用，打下良好的基础，为学习者起到抛砖引玉的方法.

关键词：数项级数；函数项级数；求和；常用方法

I

滨州学院本科毕业设计(论文)

Summation of series method in common use

Abstract

Progression theory and application still are having the most important effect and function on the development of science and technology and theory disregarding logarithmic

题目部分，(卷面共有100题,349.0分,各大题标有题量和总分) 一、选择 (10小题,共22.0分) (2分)[1] (2分)[2] (A) ??1,1? (B) ??1,1? (C) ??1,1? (D) ??1,1?

答( )

(2分)[3] 设级数?bn?x?2?n在x??2处收敛，则此级数在

n?0?xn函数项级数?n?1n?的收敛域是

x?4处

(A)发散； (B)绝对收敛； (C)条件收敛； (D)不能确定敛散性。

答：( )

(3分)[4]设级数?an?x?3?n在x??1处是收敛的，则此级数在

n?0?x?1处

(A)发散； (B)绝对收敛； (C)条件收敛；

(D)不能确定敛散性。

答：( ) (2分)[5]设级数?an?x?1?n的收敛半径是1，则级数在x?3点

n?0?(A)发散； (B)条件收敛； (C)绝对收敛； (D)不能确定敛散性。