第11讲无穷级数-12-29
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第九章.无穷级数无穷级数。
整个微积分的根本目的就是构造研究函数的方法。
我们已经知道如何利用极限,求导,微分这些基本的微积分方法,来直接研究一个函数,这里我们要讨论的是运用完全不同的一种思想方法,来研究函数的行为,这就是逼近的方法。
我们在进行函数的数值计算时,已经接触过逼近的思想方法,但纯粹数值逼近,得到的只是数值结果,对于我们要求了解函数的解析性质并没有直接的帮助,我们希望用解析的形式来逼近函数,一般就是利用比较简单的函数形式,逼近比较复杂的函数,最为简单的逼近途径就是通过加法,即通过加法运算来决定逼近的程度,或者说控制逼近的过程,这就是无穷级数的思想出发点。
形式地看,无穷级数就是用自然数编号的无穷多项的和式,每一项都是一个确定的解析式,也就是说每一项所在的项数唯一地决定了它的表达式形式,当然也可以是一个确定的数值,这就是常数项级数。
一般我们能够用一个统一的表达式即所谓通项来表述无穷级数的每一项,只要给出项数,就能根据通项唯一地确定这一项的表达形式。
对于任意构造的无穷级数,我们肯定能够给出加法运算结果的,只能是有限的和式,这就是部分和,部分和总是我们在考察整个无穷级数之前用以探测级数性质的对象。
而我们考察一个无穷级数的另一个角度,就是考虑由一个无穷级数的所以部分和所组成的数列,或者是函数列。
最终,我们的目的是希望级数逼近某个确定的函数,或者说是以某个函数作为极限,因此,对于给出的无穷级数,最为关键的问题就是它是否收敛,然后就是收敛函数的性质,这就是我们研究无穷级数的中心课题。
无穷级数的收敛与发散性质。
首先我们只是考虑级数的敛散性的问题,也就是存在性问题,而不是如何求极限的问题。
关于无穷级数的敛散性,有如下的基本性质:1.任意改变一个级数的任意有限项的值,都不影响这个级数的敛散性。
原因很显然,只要对一个级数所作的改变是有限的,就不能使得这个级数,由趋向于无穷而变得趋向于有限,也不能使得这个级数由趋向于有限而变得趋向于无穷,或者是由根本不存在任何极限,而变得出现极限。
无穷级数——高等数学下册国家级精品课程教案第一章:无穷级数的概念与性质1.1 无穷级数的定义1.2 无穷级数的收敛性与发散性1.3 无穷级数的分类1.4 无穷级数的运算性质第二章:幂级数2.1 幂级数的定义与收敛半径2.2 幂级数的运算2.3 幂级数在函数逼近中的应用第三章:泰勒级数与泰勒公式3.1 泰勒级数的定义3.2 泰勒公式的推导与意义3.3 泰勒级数在函数逼近中的应用第四章:傅里叶级数4.1 傅里叶级数的定义与收敛性4.2 傅里叶级数的运算4.3 傅里叶级数在信号处理中的应用第五章:斯特林级数与级数的热传导问题5.1 斯特林级数的概念与性质5.2 级数的热传导问题及其求解方法5.3 斯特林级数在概率论与数学物理中的运用第六章:级数的一致收敛性与绝对收敛性6.1 一致收敛性与绝对收敛性的定义6.2 级数的一致收敛性与绝对收敛性的判定方法6.3 级数的一致收敛性与绝对收敛性的性质与应用第七章:交错级数7.1 交错级数的定义与性质7.2 交错级数的收敛性判定7.3 交错级数在数学分析中的应用第八章:多重级数8.1 多重级数的定义与性质8.2 多重级数的收敛性判定8.3 多重级数在数学分析中的应用第九章:级数逼近与数值计算9.1 级数逼近的基本概念与方法9.2 数值计算中常用的级数逼近方法9.3 级数逼近在科学计算中的应用第十章:特殊级数10.1 常用特殊级数的概念与性质10.2 特殊级数的求和方法10.3 特殊级数在数学分析中的应用第十一章:级数展开与积分11.1 级数展开的基本方法11.2 常用积分公式与级数展开11.3 级数展开在微分方程求解中的应用第十二章:级数解微分方程12.1 级数解的一阶微分方程12.2 级数解的二阶线性微分方程12.3 级数解微分方程在物理学和工程学中的应用第十三章:级数在常微分方程中的应用13.1 级数方法在常微分方程定性分析中的应用13.2 级数方法在常微分方程数值解中的应用13.3 级数方法在常微分方程几何解释中的应用第十四章:级数在偏微分方程中的应用14.1 级数方法在偏微分方程求解中的应用14.2 级数方法在偏微分方程数值解中的应用14.3 级数方法在偏微分方程稳定性分析中的应用第十五章:级数方法在其他数学领域的应用15.1 级数方法在概率论与数理统计中的应用15.2 级数方法在数值分析中的应用15.3 级数方法在其他数学分支学科中的应用重点和难点解析重点:1. 无穷级数的基本概念、性质及其分类;2. 幂级数、泰勒级数、傅里叶级数和斯特林级数的基本概念、性质与应用;3. 级数的一致收敛性与绝对收敛性的判定方法及其性质;4. 交错级数、多重级数的收敛性判定及其在数学分析中的应用;5. 级数逼近与数值计算的基本方法及其在科学计算中的应用;6. 特殊级数的概念、性质与求解方法;7. 级数展开与积分在微分方程求解中的应用;8. 级数解微分方程、常微分方程定性分析、数值解及几何解释中的应用;9. 级数方法在偏微分方程求解、数值解及稳定性分析中的应用;10. 级数方法在概率论与数理统计、数值分析及其他数学分支学科中的应用。
第十一章无量级数(18 学时)一、教课目的及基本要求1.理解常数项级数和函数项级数的基本观点与性质;2.会利用级数的鉴别法来鉴别常数项级数的收敛性;3.会求幂级数的收敛区间收敛半径,掌握幂级数的运算性质,会乞降函数;4.熟习一些函数的幂级数展式,会利用间接展法将一个函数展成幂级数;5.熟习三角级数的观点,会把一个周期函数展成傅立叶级数。
二、本章各节教课内容及学时分派第一节常数项级数的观点和性质,计划 1.5 学时;第二节常数项级数的审敛法,计划 3.5 学时;第三节幂级数,计划 3 学时;第四节函数展成幂级数,计划 3 学时;第五节函数幂级数睁开式的应用,计划 1 学时;第七节傅立叶级数,计划 3 学时;一般周期函数的傅立叶级数,计划 1 学时;章末复习计划 2 学时。
三、要点与难点要点:1.常数项级数的审敛法2.幂级数的性质3.函数展成幂级数难点:1.求幂级数的收敛区间收敛半径和和函数2.周期函数展成傅立叶级数四、内容的深入和拓宽1. 正项级数鉴别法之间的联系2. 函数幂级数睁开式的应用3. 函数的傅立叶级数睁开式的应用五、教课手段及注意问题以讲解法为主,问题教课法为辅,由学生熟习的需要计算的一些量为问题,让学生踊跃思虑,级数理论正是解决这一问题的有效方法,在教课中能够采纳多媒体教课,使学生产生学习兴趣,有益于培育学生提出问题、剖析问题和解决问题的能力。
六、主要参照书目1.同济大学应用数学系主编《高等数学》(第五版)高等教育第一版社2.同济大学应用数学系主编《高等数学》(第四版)高等教育第一版社3.张仲毅等《高等数学全程指导》 ( 同济五版四版 ) 东北大学第一版社七、思虑与练习1.总结鉴别常数项级数敛散性的方法。
2.比值审敛法和根值审敛法之间的关系怎样?3. 若幂级数a n x n的收敛域为 ( 4,4] ,求幂级数a n x2 n 1得收敛域。
n 0 n 04. 求幂级数nx 2 n的和函数。
1
正项级数
.1第十一讲无穷级数
根值判别法
比值, ).1(同阶或等价的无穷小
与关键是找
式用比较判别法的极限形n u ,).2(与参数的取值范围有关
级数的敛散性通常中含参数 , (3).n u 再利用比较判别法
估计,利用定积分性质对积分中含积分,).4(n u 数项级数的敛散性
Next
2
n
u n e
u p ln ,).5(=可变形级数比较考虑同数列极限定义等
比较判别法的基本性质级数的定义通常可利用级数敛散性敛散性的无通项具体表达式讨论某个一般级数,, ,, )().6(变号级数
.2
,,还是发散条件收敛判断其为绝对收敛一般先讨论绝对值级数
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10
,
1
收敛由正项级数∑∞
=n n a {}.M S n 有界得其部分和数列,
221242M S a a a a n n
k k n ≤=<+++∑= 又.
1
2收敛可知∑∞
=n n a .于是原级数绝对收敛)
(:A 解答Previous Next
23
内容: 幂级数
阿贝尔定理
的端点
的情形及幂级数收敛域缺项注意""Previous Next 1.求幂级数的收敛域
24
).
(5,
6)3(0
C x x x a n
n n 点处则在点处条件收敛在若级数−==−∑∞
=练习二十/一(1)
.
).(;
).(;).(;).(敛散性不定发散绝对收敛条件收敛D C B A .
:必是其收敛域的端点幂级数的条件收敛点
注意Previous Next
2.幂级数的展开
间接法
及幂级数的运算展开克劳林级数
利用五个初等函数的麦
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3.求和
的麦克劳林级数或利用等比级数
cos ,sin , x x e x
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