Ответы на вопросы к коллоквиуму № 1-38 по дисциплине "Математика" (Выпуклость графика функции. Разложение в ряд Тейлора функции), страница 13

2)  если |x| < R, то в точке x ряд абсолютно сходится

3)  если |x| > R, то в точке x ряд расходится

Замечание

Степенной ряд имеет единственный радиус сходимости

·  поведение ряда внутри интервала [??? радиуса ???] сходимости 47а

Теорема

Пусть задан степенной ряд Sn=0¥anxn.

Тогда:

1)  ряд имеет радиус сходимости [!!! и единственный]

2)  если |x| < R, то в точке x ряд абсолютно сходится [следует из определения радиуса и 1)]

3)  если 0 < r < R, то на [-r, r] ряд сходится равномерно

Теорема 1 о вычислении радиуса сходимости 48а

Пусть задан степенной ряд Sn=0¥anxn, причем для "n an ¹ 0. Пусть $-т lim |an+1|/|an| = A при n->+¥.

Тогда радиус сходимости степенного ряда R = 1/A.

Теорема 2 о вычислении радиуса сходимости 48а

Пусть задан степенной ряд Sn=0¥anxn. Пусть $-т lim Önan = A при n->¥ (корень n-ой степени из an) = A при n->+¥.

Тогда радиус сходимости степенного ряда R = 1/A.

35.  Теоремы о почленном дифференцировании и интегрировании степенного ряда

ФII 447 Теорема о почленном интегрировании степенного ряда

Степенной ряд Sn=0¥anxn в промежутке [0, x], где |x| < R, можно интегрировать почленно, так что ò0xf(x)dx = a0x + (a1/2)x2 + (a2/3)x3 + … + (an-1/n)xn + …

Значение x может совпадать и с концом промежутка сходимости, если на этом конце ряд сходится.

ФII 447 Теорема о почленном дифференцировании степенного ряда

Степенной ряд Sn=0¥anxn в промежутке [0, x], где |x| < R, можно дифференцировать почленно, так что f'(x) = a1 + 2a2x + … + nanxn-1 + …

Значение x может совпадать и с концом промежутка сходимости, если на этом конце ряд сходится.

Определение аналитической функции 48а

Функция f(x) называется аналитической в точке x0, если в окрестности этой точки она разлагается [??? понятие "разлагается" не было определено ???] в степенной ряд

f(x) = Sn=0¥an(x-x0)n.

Теорема [в т.ч. о почленном дифференцировании и интегрировании степенного ряда] 48a-50

Пусть f(x) – аналитическая в точке x0, т.е. в окрестности точки x0 f(x) = Sn=0¥an(x-x0)n (ряд 1).

R – радиус сходимости ряда 1.

Кроме ряда 1, рассмотрим следующие ряды:

1)  бесконечное количество рядов вида

f(m)(x) = Sn=m¥ann(n-1)(n-2)…(n-m+1)(x-x0)n-m (ряды 2) для m = 1, 2, …

2)  Sn=0+¥(an/(n+1))(x-x0)n+1 (ряд 3).

Тогда:

1)  все ряды 1, 2, 3 имеют одинаковый радиус сходимости R

2)  f(x) бесконечно дифференцируема в окрестности точки x0 и производные вычисляются по формулам f(m)(x) = Sn=m¥ann(n-1)(n-2)…(n-m+1)(x-x0)n-m; [почленное дифференцирование степенного ряда]

3)  f(x) интегрируема при |x-x0| < R и интеграл вычисляется по формуле:

òx0xf(t)dt = Sn=0+¥(an/(n+1))(x-x0)n+1. [почленное интегрирование степенного ряда]

Замечание

Если f(x) – аналитическая в точке x0, то она в окрестности этой точки бесконечно дифференцируема.

Единственность разложения функции в степенной ряд 51

Теорема

Пусть f(x) – аналитическая в точке x0, т.е. в окрестности точки x0 f(x) = Sn=0¥an(x-x0)n.

Тогда коэффициенты an (n = 0, 1, 2, …) определяются по формулам:

an = f(n)(x0)/n!, где f(n)(x0) – значение n-ой производной f(x) в точке x0.

Следствие

Если f(x) в окрестности точки x0 f(x) разлагается в ряд Sn=0¥an(x-x0)n, т.е. f(x) = Sn=0¥an(x-x0)n [?? проще сказать – аналитическая], то такое разложение единственное и его коэффициенты вычисляются по этой теореме.

36.  Понятие ряда Тейлора 51а

Определение ряда Тейлора

Если функция f(x) определена в окрестности точки x0 и имеет в x0 производные всех порядков, то ряд

Sn=0+¥(f(n)(x0)/n!) (x-x0)n называется рядом Тейлора функции f(x) в точке x0.

Замечание

Не всякая функция, бесконечно дифференцируемая в точке x0 [для нее может быть составлен ряд Тейлора], равна в окрестности x0 сумме своего ряда Тейлора.

[!!! f(0)(x0) = f(x0)]

[!!! В определении не говорится:

1)  о сходимости ряда