在線課堂:冪級數求和的一般思路及在常值級數求和中的應用

2021-01-17 考研競賽數學

【注】公式顯示不全時請在公式上左右滑動完整顯示

1、基於已知和函數冪級數求和函數的思路

第一步:求收斂域.

【注1】這一步也可以放在第二步後.

第二步:通過換元,將冪級數轉換為具有麥克勞林級數結構的級數表達式,即

換元一般是將冪級數通項中底數與

第三步:藉助收斂域內冪級數的數乘、加減運算、逐項求導、逐項積分的解析性質,包括加項、減項,乘項、除項的方式,通過設冪級數和函數,在收斂區間內,對其兩端分別進行求導、或積分運算將其轉換為已知和函數的冪級數表達式(基本函數的冪級數,或掌握、記住了的函數的冪級數),寫出轉換後的冪級數的和函數.

【注2】這個步驟可多次進行,一般分母有

第四步:對已有的冪級數及和函數等式,兩端執行第二步、第三步的逆運算,即求導的求積分,求積分的求導;並經過換元的逆代換,得到原冪級數的和函數.

【注3】最終的和函數記得帶上收斂域,對於端點和運算過程中沒有意義的點可以考慮和函數的連續性確定,或者單獨求和確定.

2、基於微分方程求冪級數和函數

對於某些冪級數在執行一次,或多次求導運算以後,如果發現冪級數的結構基本上沒有發生變化,則可以考慮構建冪級數的和函數的導函數之間的關係式,即寫出相關的微分方程等式,通過求解微分方程的方法來求和函數表達式. 同時可以通過令冪級數及其導數表達式中的變量為0,來獲得微分方程的初值確定微分方程通解中的任意常數.

3、基於冪級數求和求常值級數的和

常值級數直接求和一般基於部分和數列求極限的方法,或基於已知了和的常值級數結論和常值級數的線性運算性質,由已知級數的和來求未知級數的和. 除了這個基本思路,最常用的常值級數和的計算是基於函數項級數的和函數,通過求和函數的函數值來計算常值級數的和. 基於冪級數求和的常值級數和的計算思路一般分為如下三步:

第一步:將常值級數轉換為冪級數. 提出常值級數通項中所有底數與

第二步:依據冪級數求和的方法求冪級數的和函數.

第三步:求常值級數的和.

如果轉換為變量

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