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幂级数函数项级数、幂级数的概念幂级数的收敛性幂级数的运算和函数的性质函数项级数、幂级数的概念给定一个定义在区间I 上的函数列1()u x ,2()u x ,,()n u x ,,表达式1231()()()()()nn n u x u x u x u x u x ∞==+++++∑称为定义在区间I 上的(函数项)无穷级数, 简称(函数项)级数.例 21sin n nx n ∞=∑ 22sin 2sin sin 2x nxx n=++++对于每一个确定的值0x I ∈, 有常数项级数1201()()()()nn n u x u x u x u x ∞==++++∑若01()nn u x ∞=∑收敛, 称点0x 是1()nn u x ∞=∑的收敛点;若1()nn u x ∞=∑发散, 称点0x 是1()nn u x ∞=∑的发散点.函数项级数1()n n u x ∞=∑的收敛点的全体称为它的收敛域,发散点的全体称为它的发散域.例 函数项级数21sin n nxn ∞=∑, (,)x ∀∈-∞+∞, 22sin 1nx n n≤, 211n n ∞=∑收敛, 故级数21sin n nx n ∞=∑收敛, 且它的收敛域为(,)-∞+∞.在收敛域上, 函数项级数的和是x 的函数()s x ,通常称()s x 为函数项级数的和函数.和函数的定义域就是级数的收敛域, 并写成12()()()()n s x u x u x u x =++++.级数1()n n u x ∞=∑的前n项的部分和()n s x在收敛域上有lim ()()n n s x s x →∞=.记()()()n n r x s x s x =-, 有lim ()0n n r x →∞=.特殊地,形如20102000()()()()nnnn n a x x a a x x a x x a x x ∞=-=+-+-++-+∑的函数项级数称为0()x x -的幂级数. 当00x =时,函数项级数的余项20120nnn n n a xa a x a x a x ∞==+++++∑,其中常数0a ,1a ,2a ,,n a ,称作幂级数的系数.t x x =-x取数轴上的哪些点时幂级数收敛,取哪些点时幂级数发散?幂级数的收敛性1.幂级数收敛域的结构例 考察幂级数0n n x∞==∑21n x x x +++++的收敛性. 解 当||1x <时, 011n n x x ∞==-∑; 当||1x ≥时, 这级数发散. 收敛域是开区间(1,1)-, 发散域是(,1]-∞-及[1,)+∞, 2111n x x x x =+++++-(11)x -<<.定理(阿贝尔(Abel)定理)如果级数0n nn a x ∞=∑当0x x =0(0)x ≠时收敛,则适合不等式0||||x x <的一切x 使这幂级数绝对收敛. 反之, 如果级数0n nn a x ∞=∑当0x x =时发散,则适合不等式0||||x x >的一切x 使这幂级数发散.证 先设0x 是0n n n a x ∞=∑的收敛点, 即级数00n n n a x ∞=∑收敛, 0lim 0n n n a x →∞=. 存在常数M ,使0||n n a x M ≤(0,1,2,)n =.00||n n n n x a x x =⋅ 0n x M x ≤. ||n n a x 00n n n n x a x x =⋅ 当0||||x x <时01x x <, 00n n x M x ∞=∑收敛, 0n n n a x ∞=∑绝对收敛.反之, 假设幂级数0n nn a x ∞=∑当0x x =时发散,而有一点1x 适合10||||x x >使级数收敛, 则当0x x =时级数收敛, 这与定理的假设矛盾, 定理表明, 若幂级数0n nn a x ∞=∑在0x x =处收敛,则对于开区间00(||,||)x x -内的任何x ,幂级数都收敛;若幂级数0n nn a x ∞=∑在0x x =处发散,则对于闭区间00[||,||]x x -外的任何x ,幂级数都发散. 在某一时刻, 遇到发散点, 幂级数的收敛域有如下特征:收敛域从原点开始向两端扩张, 初始时遇到的均为收敛点, 以后的所有点均为发散点.推论 如果幂级数0n nn a x ∞=∑不是仅在0x =一点收敛,也不是在整个数轴上都收敛, 则必有一个确定的正数R 存在, 使得当||x R < 时,幂级数绝对收敛;当||x R >时，幂级数发散;当x R =与x R =-时，幂级数可能收敛也可能发散.正数R 通常称作幂级数的收敛半径.例如, 幂级数0n n x∞=∑的收敛半径为1R =.开区间(,)R R -叫做幂级数的收敛区间. 收敛域是 (,)R R -、[,)R R -、(,]R R -或[,]R R -之一. 若幂级数只在0x =处收敛,规定收敛半径0R =;若幂级数对一切x 都收敛,规定R =+∞,收敛域(,)-∞+∞.。
幂级数的知识点总结一、幂级数的定义与基本概念1. 幂级数定义幂级数是指形如 $\sum_{n=0}^{\infty} a_nx^n$ 的级数，其中 $a_n$ 是常数，$x$ 是变量。
我们将 $a_nx^n$ 称为幂级数的通项。
当 $x=0$ 时，幂级数收敛，此时幂级数的值为 $a_0$。
当 $x\neq0$ 时，幂级数可能发散，也可能收敛。
2. 幂级数的收敛半径幂级数的收敛半径是指所有幂级数都收敛的 $x$ 范围。
收敛半径 $R$ 的计算公式为\[R = \lim_{n\to\infty} \frac{|a_n|}{|a_{n+1}|}\]当 $R=0$ 时，幂级数只在 $x=0$ 处收敛；当 $R=\infty$ 时，幂级数在整个实数范围都收敛；当 $0<R<\infty$ 时，幂级数在 $(-R,R)$ 范围内收敛。
3. 幂级数的收敛域幂级数的收敛域是指其收敛的 $x$ 区间范围。
我们可以通过比较 $|x|<R$ 和 $|x|=R$ 以及$|x|>R$ 的情况来判断幂级数的收敛域。
二、幂级数的性质1. 幂级数的加法性与乘法性若 $\sum_{n=0}^{\infty} a_nx^n$ 和 $\sum_{n=0}^{\infty} b_nx^n$ 是两个幂级数，由于级数的加法与乘法遵循线性性质，因此这两个幂级数的和与乘积仍然是幂级数，它们的收敛性与原幂级数相同。
2. 幂级数的导数与积分幂级数在其收敛域内可以进行导数与积分运算，这是因为这些运算不会改变收敛性质。
具体来说，对于 $\sum_{n=0}^{\infty} a_nx^n$，它的导数等于 $\sum_{n=1}^{\infty}na_nx^{n-1}$，它的不定积分等于 $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{a_n}{n+1}x^{n+1}+C$。
三、幂级数的收敛性与收敛域判断1. 幂级数的收敛性判定判断幂级数 $\sum_{n=0}^{\infty} a_nx^n$ 的收敛性时，我们可以使用比值判别法、根式定理、韦达定理等方法。
什么是幂级数的收敛半径和收敛域
幂级数是一种形如$sum_{n=0}^{infty}a_nx^n$的无穷级数，其中$a_n$为常数，$x$为变量。
对于幂级数，我们需要研究它的收敛性以及收敛的范围。
其中，收敛半径和收敛域是重要的概念。
收敛半径是指幂级数收敛的最大范围，收敛域是指幂级数收敛的所有取值范围。
对于一个幂级数$sum_{n=0}^{infty}a_nx^n$，我们可以利用以下公式求出它的收敛半径$R$：
$$R =lim_{n rightarrow
infty}left|frac{a_n}{a_{n+1}}right|$$
其中，$a_n$表示幂级数中$x^n$的系数。
需要注意的是，当$R$为无穷大时，幂级数收敛于整个实数轴；当$R$为0时，幂级数只在$x=0$处收敛；当$R$为有限值时，则有一个收敛域$(-R, R)$。
对于收敛半径为$R$的幂级数，我们可以通过以下方式求出它的收敛域：
1. 当$x=-R$时，幂级数可能收敛，也可能发散；
2. 当$x=R$时，幂级数可能收敛，也可能发散；
3. 当$-R<x<R$时，幂级数必定收敛。
需要注意的是，当$x=-R$或$x=R$时，我们需要进一步进行比较测试来确定幂级数的收敛性。
总之，幂级数的收敛半径和收敛域对于理解和分析幂级数的性质和应用至关重要。
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§1 幂级数1．求下列幂级数的收敛半径与收敛区域：（1）∑nnx ；（2）∑⋅n n n x 22；（3）∑n x n n )!2()!(2；（4）nn x r ∑2)10(<<r ；（5）∑−−−)!12()2(12n x n ； （6）∑+−+n n n x n )1()2(3；（7）∑+++n x n)1211("； （8）∑n nx 22解：（1）由于∞→n lim1=nn ，所以收敛半径1=R ，即收敛区间为)1,1(−，但当1±=x 时，有∑±n n)1(均发散，所以级数∑n nx 在1±=x 时也发散，于是这个级数的收敛区域为)1,1(−（2）由于∞→n lim21212=nn n ，所以收敛半径2=R ，但当2±=x 时，22212)2(n n n =±，由于级数∑21n收敛，所以级数∑⋅n n n x 22在2±=x 也收敛，于是这个级数的收敛区域为]2,2[−（3）由于n n a a 1+22[(1)!](2)![2(1)]!(!)n n n n +=⋅=+)12)(22()1(2+++n n n ，所以∞→n lim 411=+n n a a ，收敛半径4=R ，但当4±=x 时，这个级数为∑±n n n )4()!2()!(2，通项记为n u ，则有 nu 2(!)4(2)!n n n =22(!)2(2)!n n n ==)12(5312642−⋅⋅⋅⋅n n""12+>n ，于是∞→n lim n u +∞=，所以当4±=x 时级数∑nx n n )!2()!(2发散，从而可知这个级数的收敛区域为)4,4(−（4）由于∞→n lim02=nn r ，所以收敛半径+∞=R ，这个级数的收敛区域为),(+∞−∞ （5）由于∞→n limnn a limn →∞=0)!12(1=−nn ，所以收敛半径+∞=R ，于是这个级数的收敛区域为),(+∞−∞（6）由于∞→n limnn a limn →∞=3)2(3=−+nn n n ，所以收敛半径31=R ，因而级数∑+−+nn n x n)1()2(3的收敛区间为311<+x ，即)32,34(−−， 当34−=x 时，级数为∑⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−+nn n n 31)2(3112(1)3n n n n ⎡⎤⎛⎞=−+⎢⎥⎜⎟⎝⎠⎢⎥⎣⎦∑收敛，当32−=x 时，级数为∑⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+n n 321，而由于n n⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+321～)(1∞→n n ，且∑n 1发散，故此时原级数发散，于是可得级数∑+−+n n n x n )1()2(3的收敛区域为⎟⎠⎞⎢⎣⎡−−31,34（7）因为nn n 1⋅n n1211+++≤"n n 1⋅≤，又∞→n lim11=⋅nn ，所以∞→n lim 11211=+++n n "，从而收敛半径1=R ，又当1±=x 时,n n n )1)(1211(lim ±+++∞→"0≠，可见级数∑+++n x n 1211("在1±=x 时发散，故这个级数的收敛区域为)1,1(−（8）因为∞→n lim=+nn a a 1∞→n lim 22221)1(n nn n x x ⋅++lim n →∞=212+n x ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>∞+=<=1,1,211,0x x x 所以收敛半径1=R ，收敛区域为]1,1[−2．应用逐项求导或逐项求积分方法求下列幂级数的和函数（应同时指出它们的定义域）：（1）""+++++++12531253n x x x x n ；（2）""+++++nnx x x x 3232； （3）""++⋅++⋅+⋅nx n n x x )1(32212解：（1）因为∞→n limnna lim n →∞=112112=++n n ，且1±=x 时，∑∞=+0121n n 与∑∞=++−01212)1(n n n 都是发散级数，所以幂级数的收敛区域为)1,1(−，设其和函数为)(x f ，于是当1<x 时，逐项求导数可得)('x f ""+++++=n nx x x 2421211x −=， 所以，)(x f dt t x∫−=0211x x −+=11ln 21（1<x ）（2）由于∞→n limnn a =∞→n lim11=⋅nn ，且当1±=x 时，这个幂级数发散，所以幂级数的收敛区域为)1,1(−，设其和函数为)(x f ，则∈∀x )1,1(−)(x f 2323nx x x nx =+++++=""∑∞=−⋅11n n nxx ()x g x =⋅，∑∞=−=11)(n n nx x g ，因为当1<x 时，dt t g x ∫)(dt ntx n n ∫∑∞=−=01111n n xx x∞===−∑，所以 =)(x g '1(xx −21(1)x =−，从而)(x f 2)1(x x −=（1<x ） （3）因为∞→n lim=+n n a a 1∞→n lim)1()2)(1(+++n n n n 12lim =+=∞→nn n ，且当1±=x 时，这个级数发散，所以幂级数的收敛区域为)1,1(−，设其和函数为)(x f ，则)(x f 1(1)n n n n x ∞==+∑，∈∀x )1,1(−，因而=∫dt t f x 0)(=+∫∑∞=dt tn n x n n01)1(∑∫=+11)1(n xn dt t n n1nn x nx ∞==∑22)1(x x −=（1<x ） 所以)(x f '22])1([x x −=422)1()1(22)1(x x x x x −−+−=3)1(2x x −=（1<x ） 3．证明：设)(x f ∑∞==n nn x a 在R x <内收敛，若∑∞=++011n n n R n a 也收敛，则=∫dx x f R 0)(∑∞=++011n n n R n a 应用这个结果证明：==+∫t dx x ln 1110∑∞=−−011)1(n n n .证：因为当R x <时，)(x f ∑∞==n nn x a 收敛，则有 =∫dt t f x 0)(∑∫∞=0n xnn dt t a 101n n n a x n ∞+==+∑，)),((R R x −∈已知当R x =时, ∑∞=++011n n n R n a 收敛,从而可知,∑∞=++011n n n x n a 在R x =左连续,于是 =∫dx x f R 0)(−→Rx lim ∑∞=++011n n n x n a 101n n n a R n ∞+==+∑应用这个结果,取=)(x f ∑∞=−−−111)1(n n n x ,当1<x 时,有=)(x f x+11, 又级数 ∑∞=−−11)1(n n n 收敛, 所以==+∫t dx x ln 1110∑∞=−−011)1(n n n . 4．证明: (1) =y ∑∞=04)!4(n n n x 满足方程 y y =)4(;(2) =y ∑∞=02)!(n n n x 满足方程0'"=−+y y xy 证：(1) 因为∞→n limnn a limn →∞=0)!4(1=nn ,故这个幂级数的收敛区间为),(+∞−∞,所以它可以在区间),(+∞−∞逐项微分任意次, 从而'y 411(41)!n n x n −∞==−∑, ''y 421(42)!n n x n −∞==−∑，'''y 431(43)!n n x n −∞==−∑, =)4(y ∑∞=−−144)!44(n n n x 4(1)1[4(1)]!n n x n −∞===−∑∑∞=04)!4(n nn x =y (2) 因为∞→n lim0)!(1=nn ,故这个幂级数的收敛区间为),(+∞−∞,所以它可以在区间),(+∞−∞逐项微分任意次,注意到=y ∑∞=02)!(n nn x 2111(!)n n x n ∞==+=+∑∑∞=−−221])!1[(n n n x 可得'y 1111!(1)!n n x n n −∞==+=+−∑∑∞=−−21)!1(!n n n n x ，''y 22!(2)!n n x n n −∞==−∑，所以 =−+y y xy '"122]])!1[(1)!1(!1)!2(!1[−∞=∑−−−+−n n x n n n n n 122(1)!(1)(1)!![]0![(1)!]n n n n n n x n n ∞−=−−+−−==−∑ 5．证明:设f 为幂级数(2)在),(R R −上的和函数,若f 为奇函数,则级数(2)仅出现奇次幂的项, 若f 为偶函数,则级数(2)仅出现偶次幂的项.证: 因为)(x f ∑∞==n nn xa ,(R x <),所以有)(x f −∑∞=−=)1(n n n nx a ,(R x <),当)(x f 为奇函数时，有)(x f ()0f x +−=(R x <),从而0)1(=−+n n n a a ),1,0("=n 而此式当且仅当02=k a ),2,1,0("=k ，故这时必有)(x f ∑∞=−−=11212n k k x a,(R x <),当)(x f 为偶函数时，有−)(x f ()0f x −=(R x <),从而0)1(=−−n nn a a ),1,0("=n 而此式当且仅当012=−k a ),2,1("=k ，故这时必有)(x f ∑∞==122n k k x a ,(R x <)6．求下列幂级数的收敛域：（1）∑+nn n ba x )0,0(>>b a ；（2）nn x n ∑+2)11( 解：(1) 记n n n b a a +=1，则∞→n lim =+1n n a a },max{b a ，所以收敛半径=R },max{b a ，由于R x =时，∞→n lim nn b a R +⎪⎩⎪⎨⎧≠==ba ba ,1,21，故这个幂级数在R x ±=处发散，从而此幂级数的收敛区域为),(R R −（2）因为 ∞→n limnna lim n →∞=n n n 2)11(+1lim 1nn e n →∞⎛⎞=+=⎜⎟⎝⎠, 所以收敛半径为e R 1=，又因为e x 1±=时，有∞→n lim 01()11(2≠±+nn e n ，所以这个幂级数在e x 1±=处发散，故这个幂级数的收敛区域为1,1(ee −7．证明定理3.14，并求下列幂级数的收敛半径：（1）∑−+n n n x n])1(3[；（2）"++++32bx ax bx a )0(b a << 定理3.14 对于幂级数∑∞=0n nn xa ，设=ρn n n a ∞→lim ，R 为收敛半径，则当（i ）+∞<<ρ0时，R ρ1=；（ii ）=ρ0时，R +∞=；（iii ）=ρ∞+时，0R =证：对任意x ，n nn x a x a n n =，因此n n n a ∞→lim lim n →∞=)(x a n n x ρ=，于是根据正项级数Cauchy 判别法的推论2知：当x ρ1<时，∑∞=0n nnxa 收敛，从而∑∞=0n nn xa 收敛；当x ρ1>时，可知nn x a )(∞→n 不趋于零，于是n n x a )(∞→n 不趋于零，从而可知∑∞=0n nn xa 发散，因此（i ）当+∞<<ρ0时，幂级数∑∞=0n n n x a 的收敛半径R ρ1=；（ii ）当=ρ0时，对任何x 皆有x ρ1<，所以R +∞=；（iii ）当=ρ∞+时，则除0=x 外，对任何x 皆有x ρ1>，所以可知0R =解：（1）对于∑−+nn n x n])1(3[，因为上极限∞→n lim nnn n])1(3[−+lim n →∞=4=，所以R 41=（2）对于"++++32bx ax bx a )0(b a <<，因为n n n a ∞→lim 1n ==，所以1R = 8．求下列函数的收敛半径及其和函数：（1）∑∞=+1)1(n n n n x ；（2）∑∞=++1)2)(1(n nn n n x 解：（1）因为∞→nlim1=，所以收敛半径1R =，当1±=x 时级数∑∞=+1)1(1n n n 与∑∞=+−1)1()1(n nn n 都收敛，故这个幂级数的收敛区域是]1,1[−，设 )(x g ∑∞=+=1)1(n nn n x x 11(1)n n x n n +∞==+∑，则当1<x 时，)('x g ∑∞==1n n n x ，)("x g ∑∞=−=11n n x x −=11，从而可得 )('x g ∫−=x dt t011)1ln(x −−=， 因此)(x g ∫−−=x dt t 0)1ln(xt t 0)1ln(−−=∫−−+xdt tt01 )1ln(x x −−=)1ln(x x −++x x x +−−=)1ln()1( 故∑∞=+1)1(n nn n x ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==≠<≤−+−−=0,01,10,11,1)1ln(1x x x x x x x（2）因为∞→nlim1=，所以收敛半径1R =，当1±=x 时级数为∑∞=++±1)2)(1()1(n nn n n 收敛，故这个幂级数的收敛区域是]1,1[−，设 )(x f ∑∞=++=12)2)(1(n nn n n x x 21(1)(2)n n x n n n +∞==++∑ )1(<x则当1<x 时，)('x f ∑∞=++=11)1(n n n n x x x x +−−=)1ln()1(，因此)(x f ∫+−−=xdt t t t 0])1ln()1[(22432)1ln()1(21x x x x +−−−−= )1(<x设∑∞=++1)2)(1(n nn n n x 的和函数是)(x s ，则当10<<x 时 )(x s 1(1)(2)n n x n n n ∞==++∑2)(x x f =4321)1ln(2)1(22+−−−−=x x x x ， 因为该幂级数在1±=x 时收敛，从而它在收敛域的端点1±=x 处右，左连续，所以当1=x 时，)(x s 41=；当1−=x 时，)(x s 4521ln 2+=；当 0=x 时，()0s x =故和函数为)(x s ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=−=+=<<+−−−−=0,01,4521ln 21,4110,4321)1ln(2)1(22x x x x x x xx9．设",,,210a a a 为等差数列)0(0≠a ，试求： （1）幂级数∑∞=0n nn xa 的收敛半径；（2）数项级数∑∞=02n nna 的和数。
幂级数收敛域怎么求幂级数是一种特殊的函数，它是由指数函数的各次幂项组成的一种无穷级数。
幂级数在数学分析、物理学、工程学等领域都有着广泛的应用。
在求解幂级数的问题时，收敛域是一个非常关键而又重要的概念。
本文将对幂级数收敛域的求解方法进行详细介绍。
1、收敛域的定义与基本概念首先，我们来了解一下收敛域的定义和基本概念。
对于一个幂级数f(x)=Σ(n=0,∞)a_n(x-a)^n来说，我们称其为x=a时的收敛半径为R，即：R=lim|a_n|^1/n (n->∞)如果R=0，则幂级数在x=a处收敛；如果R=+∞，则幂级数在实数轴上绝对一致收敛，即幂级数在任意x处收敛；如果0<R<+∞，则幂级数在x=a-R到x=a+R之间一致收敛。
然而，在实际问题中，很多幂级数并不是在整个实数轴上都收敛。
因此，我们称在幂级数的收敛域内，幂级数的表达式能够收敛于某个确定的函数。
而反过来，在幂级数的发散域内，幂级数的表达式则可能会发散或无法收敛为某个确定的函数。
2、常用判别法在求解幂级数的收敛域时，常用的方法有以下几种：（1）阿贝尔定理阿贝尔定理给出了如下的结论：若Σ(n=0,∞)a_n(x-a)^n收敛于某个函数f(x)，且当x<a时，a_n(x-a)^n是单调递减的，那么此幂级数在[x,a)上收敛，而在(a,∞)上发散。
此外，如果当x>a时，a_n(x-a)^n也是单调递减的，那么此幂级数在整个实数轴上都会收敛。
（2）比值判别法对于任意一个幂级数Σ(n=0,∞)a_n(x-a)^n来说，我们可以定义其通项公比为：q_n=|a_{n+1}(x-a)/(a_n(x-a)^n)|比值判别法给出了如下的结论：当lim|q_n|<1时，幂级数收敛；当lim|q_n|>1时，幂级数发散；当lim|q_n|=1时，无法得出幂级数的收敛性，需另外用其他方法进行求解。
（3）根值判别法对于一个幂级数Σ(n=0,∞)a_n(x-a)^n来说，我们可以定义其通项公根值为：r_n=|a_n(x-a)^n|^{1/n}根值判别法给出了如下的结论：当lim|r_n|<1时，幂级数收敛；当lim|r_n|>1时，幂级数发散；当lim|r_n|=1时，无法得出幂级数的收敛性，此时需使用其他方法进行求解。
第十四章 幂级数1幂级数概念：由幂函数序列{a n (x-x 0)n }所产生的函数项级数∑∞=0n nn )x -(x a=a 0+a 1(x-x 0)+a 2(x-x 0)2+…+a n (x-x 0)n+…称为幂级数. 特别地，当x 0=0时，有∑∞=0n n n x a =a 0+a 1x+a 2x 2+…+a n x n +…一、幂级数的收敛区间定理14.1：(阿贝尔定理)若幂级数∑∞=0n n n x a 在x=x ≠0处收敛，则对满足不等式|x|<|x |的任何x ，幂级数∑∞=0n n n x a 收敛且绝对收敛；若幂级数∑∞=0n n n x a 在x=x 处发散，则对满足不等式|x|>|x |的任何x ，幂级数∑∞=0n n nx a发散.证：设级数∑∞=0n n n x a 收敛，从而数列{nn x a }收敛于0且有界，即存在某正数M ，使得|nn x a |<M (n=0,1,2,…). 又对任一个满足不等式|x|<|x |的x ，可设r=xx<1, 都有 |a n x n|=x x x a nn ⋅=|n n x a |x x <Mr n. 又级数∑∞=0n n Mr 收敛，∴对满足不等式|x|<|x |的任何x ，幂级数∑∞=0n n n x a 绝对收敛.设级数∑∞=0n nn x a 发散，若存在某一x 0，满足|x 0|>|x |且使∑∞=0n n 0n x a 收敛，则∑∞=0nnnxa绝对收敛，矛盾！∴对满足不等式|x|>|x|的任何x，幂级数∑∞=0nnnxa发散.注：由定理14.1可知，幂级数∑∞=0nnnxa的收敛域是以原点为中心的区间. 若以2R表示区间的长度，则称R为幂级数的收敛半径. R就是使得幂级数∑∞=0nnnxa收敛的收敛点绝对值的上确界. 所以幂级数∑∞=0nnnxa当R=0时，仅在x=0处收敛；当R=+∞时，在(-∞,+ ∞)上收敛；当0<R<+∞时，在(-R,R)上收敛；对一切满足不等式|x|>R的x，发散；在x=±R处，不确定. (-R,R)称为幂级数∑∞=0nnnxa的收敛区间.定理14.2：对于幂级数∑∞=0nnnxa，若n n∞n|a|lim→=ρ，则当(1)0<ρ<+∞时，幂级数∑∞=0nnnxa的收敛半径R=ρ1；(2)ρ=0时，幂级数∑∞=0nnnxa的收敛半径R=+∞；(3)ρ=+∞时，幂级数∑∞=0nnnxa的收敛半径R=0.证：对于幂级数∑∞=0nnnxa，∵n nn∞n|xa|lim→=nn∞n|a|lim→|x|=ρ|x|，根据级数的根式判别法，当ρ|x|<1时，∑∞=0nnnxa收敛.∴当0<ρ<+∞时，由ρ|x|<1得幂级数∑∞=0n n n x a 的收敛半径R=ρ1；当ρ=0时，R=+∞；当ρ=+∞时，R=0.注：也可由比式判别法|a ||a |lim n1n ∞n +→=n n ∞n |a |lim →=ρ，来求出幂级数∑∞=0n n n x a 的收敛半径.例1：求级数∑2nnx 的收敛半径R 及收敛域.解：记a n =2n 1, 则|a ||a |lim n1n ∞n +→=22∞n )1(n n lim +→=1，∴R=1. 又当x=±1时，2nn)1(±=2n 1，由级数∑2n 1收敛，知∑2n n x 在x=±1收敛.∴级数∑2nnx 的收敛域为[-1,1].例2：求级数∑nx n的收敛半径R 及收敛域.证：记a n =n1, 则|a ||a |lim n 1n ∞n+→=1n nlim ∞n +→=1，∴R=1. 又当x=1时，级数∑n 1发散；当x=-1时，级数∑n (-1)n 收敛.∴级数∑nx n的收敛域为[-1,1).注：级数∑∞=0n nn!x 与∑∞=0n n x n!的收敛半径分别为R=+∞与R=0.定理14.3：(柯西—阿达马定理)对幂级数∑∞=0n n n x a ，设ρ=n n ∞n|a |lim →，则 (1)当0<ρ<+∞时，R=ρ1；(2)当ρ=0时，R=+∞；(3)当ρ=+∞时，R=0.证：对于任意x,∵n n n ∞n|x a |lim →=n n ∞n |a |lim →|x|=ρ|x|， 根据级数的根式判别法，当ρ|x|<1时，∑∞=0n n n x a 收敛.∴当0<ρ<+∞时，由ρ|x|<1得幂级数∑∞=0n n n x a 的收敛半径R=ρ1；当ρ=0时，R=+∞；当ρ=+∞时，R=0.例3：求级数1+3x +222x +333x +442x +…+12n 1-2n 3x -+2n 2n 2x +…的收敛域.解：∵n n ∞n|a |lim →=21，∴R=2. 又当x=±2时，原级数都发散，∴原级数的收敛域为(-2,2).例4：求级数∑∞=1n 2n2n3-n x 的收敛域. 解：方法一：∵2n n ∞n|a |lim →=2n 2n ∞n 3-n 1lim →=2n 2n∞n 3n11lim 31-→=31，∴R=3.方法二：∵当n2n2n ∞n 3-n x lim →=n2n2n∞n 3n -1x lim 91→=9x 2<1，即|x|<3时，收敛.∴原级数的收敛半径为R=3.又当x=±3时，原级数=∑∞=1n 2n2n3-n 3=-1≠0，发散.∴原级数的收敛域为(-3,3).定理14.4：若幂级数∑∞=0n nn x a 的收敛半径为R(>0)，则∑∞=0n n n x a 在它的收敛区间(-R,R)内任一闭区间[a,b]上都一致收敛.证：设x =max{|a|,|b|}∈(-R,R)，则任一x ∈[a,b]，都有|a n x n |≤|a n x n |. ∵∑∞=0n nn x a 在x 绝对收敛，由优级数判别法知∑∞=0n n n x a 在[a,b]上一致收敛.定理14.5：若幂级数∑∞=0n n n x a 的收敛半径为R(>0)，且在x=R(或x=-R)收敛，则∑∞=0n n n x a 在[0,R](或[-R,0])上一致收敛.证：设幂级数∑∞=0n n n x a 在x=R 收敛，对于x ∈[0,R]有∑∞=0n n n x a =nn n n R x R a ⎪⎭⎫ ⎝⎛∑∞=.已知级数∑∞=0n nn R a 收敛，函数列⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛nR x 在[0,R]上递减且一致有界，即1≥R x ≥2R x ⎪⎭⎫ ⎝⎛≥…≥nR x ⎪⎭⎫⎝⎛≥…≥0. 由阿贝尔判别法知∑∞=0n n nx a在[0,R]上一致收敛. 同理可证：∑∞=0n n nx a在x=-R 收敛时，在[-R,0]上一致收敛.例5：考察级数∑n21)-(x n n的收敛域.解：∵|a ||a |lim n1n ∞n +→=|1)(n 2||n 2|lim 1n n ∞n ++→=1)2(n n lim ∞n +→=21，∴R=2.又当x-1=2时，原级数=∑n 1发散；当x-1=-2时，∑-n22)(n n =∑n (-1)n 收敛.∴x-1∈[-2,2)，原级数的收敛域为[-1,3).二、幂级数的性质定理14.6：(1)幂级数∑∞=0n n n x a 的和函数是(-R,R)上的连续函数；(2)若幂级数∑∞=0n n n x a 在收敛区间的左(右)端点上收敛，则其和函数也在这一端点上右(左)连续.定理14.7：幂级数∑∞=0n n n x a 在收敛区间(-R,R)上逐项求导与逐项求积后分别得到幂级数：∑∞=1n 1-n n x na 与∑∞=++0n 1n n x 1n a ，它们的收敛区间都是(-R,R). 证法一：设x 0为幂级数∑∞=0n n n x a 在收敛区间(-R,R)上任一不为零的点，由阿贝尔定理(定理14.1)的证明过程知，存在正数M 与r(<1)， 对一切正整数n ，都有|a n x 0n |<Mr n . 于是|na n x 0n-1|=x n|a n x 0n |<0x M nr n .由级数比式判别法知级数∑n nr 收敛，根据级数的比较原则知，∑∞=1n 1-n nxna收敛. 由x 0为(-R,R)上任一点，知∑∞=1n 1-n n x na 在(-R,R)上收敛.若存在一点x ’，使|x ’|>R ，且幂级数∑∞=1n 1-n n x na 在x ’收敛，则必有一数x ，使得|x ’|>|x |>R ，由阿贝尔定理，∑∞=1n 1-n n x na 在x 处绝对收敛.但，取n ≥|x |时，就有|na n x n-1|=xn |a n x n |≥|a n x n |，由比较原则得幂级数∑∞=0n n n x a 在x 处绝对收敛，矛盾！∴幂级数∑∞=1n 1-n n x na 在一切满足不等式|x|>R 的x 都不收敛，即幂级数∑∞=0n n n x a 与其在收敛区间(-R,R)上逐项求导所得幂级数∑∞=1n 1-n nx na有相同的收敛区间(-R,R).又幂级数∑∞=0n nn x a 在收敛区间(-R,R)上逐项求积可得幂级数∑∞=++0n 1n n x 1n a ， 即∑∞=0n nn x a 是由幂级数∑∞=++0n 1n n x 1n a 在其收敛区间上逐项求导所得， ∴它们也有相同的收敛区间(-R,R). 证法二：对于幂级数∑∞=0n n n x a ，R=1n n∞n a a lim+→. 对幂级数∑∞=1n 1-n n x na ，1n n ∞n1)a (n na lim +→+=1n n ∞na a 1n nlim +→⋅+=R. 对幂级数∑∞=++0n 1n n x 1n a，2n a 1n a lim 1n n∞n +++→=1n n ∞n a a 1n 2n lim +→⋅++=R. 得证！定理14.8：设∑∞=0n n n x a 在收敛区间(-R,R)上的和函数为f ，x ∈(-R,R)，则：(1)f 在点x 可导，且f ’(x)=∑∞=1n 1-n n x na ；(2)f 在0与x 之间的这个区间上可积，且⎰x0f(t)dt=∑∞=++0n 1n n x 1n a .证法：由定理14.7知，∑∞=0n nn x a ,∑∞=1n 1-n n xna 和∑∞=++0n 1n n x 1n a 有相同的R. ∴总存在r ，使|x|<r<R ，根据定理14.4，它们在[-r,r]上都一致收敛. 根据逐项求导与逐项求积定理得证！推论1：记f 为幂级数∑∞=0n n n x a 在收敛区间(-R,R)上的和函数，则在(-R,R)上f 具有任何阶导数，且可逐项求导任何次，即： f ’(x)=∑∞=1k 1-k k x ka ；f ”(x)=∑∞=2k 2-k k x1)a -k(k ；…；f (n)(x)=∑∞=n k n -k k x a n)!-(k k!；….推论2：记f 为幂级数∑∞=0n n n x a 在点x=0某邻域上的和函数，则{a n }与f在x=0处的各阶导数有如下关系：a 0=f(0), a n =n!(0)f (n),(n=1,2,…).三、幂级数的运算定义：若幂级数∑∞=0n nn x a 与∑∞=0n n n x b 在点x=0的某邻域内有相同的和函数，则称这两个幂级数在该邻域内相等.定理14.9：若幂级数∑∞=0n nn x a 与∑∞=0n n n x b 在点x=0的某邻域内相等，则它们同次幂项的系数相等，即a n =b n (n=1,2,…).定理14.10：若幂级数∑∞=0n nn x a 与∑∞=0n n n x b 的收敛半径分别为R a 和R b ，则λ∑∞=0n nn x a =∑∞=0n nn x λa , |x|<R a , λ为常数；记R=min{R a ,R b }, c n =∑=nk k -n k b a , 有∑∑∞=∞=±0n 0n nn nn x b x a =∑∞=±0n nn n )x b (a ；⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛∑∑∞=∞=0n n n 0n n n x b x a =∑∞=0n n n x c . |x|<R.例6：几何级数∑∞=0n n x 在收敛域(-1,1)上有f(x)=x-11. 在(-1,1)上 逐项求导可得：f ’(x)=2x )-(11=∑∞=1n 1-n nx ; f ”(x)=3x )-(1!2=∑∞=2n 2-n 1)x -n(n . 在[0,x](x<1)上逐项求积可得：⎰xt -1dt=∑⎰∞=0n x 0n t dt ，从而可得： ln x -11=∑∞=++0n 1n 1n x (|x|<1), 其对x=-1也成立.注：可通过的逐项求导或逐项求积间接地求出级数的和函数.例7：求级数∑∞=1n n 21-n x n (-1)的和函数.解：由R=1n n ∞n a a lim +→=2n 21-n ∞n 1)(n (-1)n (-1)lim +→=2∞n 1n n lim ⎪⎭⎫⎝⎛+→=1， 且x=±1时，级数发散，知其收敛域为(-1,1). 记S(x)=∑∞=1n n21-n x n (-1)=x ∑∞=1n 1-n 21-n x n (-1)=xg(x), x ∈(-1,1)，则⎰x)t (g dt=∑⎰∞=1n x1-n 21-n tn (-1)dt=∑∞=1n n1-n nx (-1)=x ∑∞=1n 1-n 1-n nx (-1)=xh(x)，则⎰x)t (h dt=∑⎰∞=1n x1-n 1-n tn (-1)dt=∑∞=1n n1-n x (-1)=x ∑∞=1n 1-n 1-n nx (-1)=x1x+, x ∈(-1,1). ∴h(x)='⎪⎭⎫⎝⎛+x 1x =2x )(11+；g(x)=(xh(x))’='⎥⎦⎤⎢⎣⎡+2x)(1x =3x )(1x -1+； ∴原级数的和函数S(x)=xg(x)=32x)(1x -x +, x ∈(-1,1).习题1、求下列幂级数的收敛半径与收敛区域：(1)∑nnx ；(2)∑⋅n 2n2n x ；(3)∑n 2x (2n)!)(n!；(4)∑n n x r 2(0<r<1)； (5)∑1)!-(2n )2-(x 1-2n ；(6)nn n )1x (n )2(3+-+∑；(7)∑+⋯++n x )n1211(；(8)∑n n 2x 2. 解：(1)∵n n ∞n|a |lim →=n ∞n n lim →=1，∴R=1. 又当x=±1时，原级数发散，∴原级数的收敛域为(-1,1).(2)R=1n n ∞n a a lim +→=n 21n 2∞n 2n 21)(n lim ⋅⋅++→=2. 又当x=±2时，原级数收敛， ∴原级数的收敛域为[-2,2].(3)R=1n n∞n a a lim+→=2)]![(2n ]1)![(n (2n)!)(n!lim 22∞n ++→=2∞n 1)(n 1)2)(2n (2n lim +++→=4. 又当x=±4时，|u n |=n 24(2n)!)(n!=(2n)!)2(n!2n ⋅=(2n)!]![(2n)!2=!1)!-(2n !(2n)!>12n +→∞ (n →∞)， ∴原级数发散. ∴收敛域为(-4,4).(4)∵n n ∞n |a |lim →=nn ∞n2r lim →=0，∴R=+∞，收敛域为(-∞, +∞).(5)R=1n n ∞na a lim +→=1)!-(2n 1)!(2n lim ∞n +→=1)2n(2n lim ∞n +→=+∞，收敛域为(-∞, +∞).(6)R=1n n ∞n a a lim +→=1n 1n nn ∞n )2(3)2(3n 1n lim ++→-+-+⋅+=1n n∞n 3233321n 1n lim +→⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎭⎫⎝⎛-+⋅+=31. 又当x=31时，n 1n ∞n u u lim +→=34)2(3)2(31n n lim n n 1n 1n ∞n ⋅-+-+⋅+++→=4，原级数发散. 当x=-31，n 1n ∞n u u lim +→=34)2(3)2(31n n lim n n 1n 1n ∞n ⋅-+-+⋅+++→=2，原级数发散. ∴x+1∈(-31,31)，原级数的收敛域为(-34,-32). (7)∵1=n n 1n ⋅≤n n1211+⋯++≤n n →1 (n →∞)，∴R=1. 又当x=±1时，n ∞n)1()n1211(lim ±+⋯++→≠0，∴原级数发散. ∴原级数的收敛域为(-1,1).(8)∵n1n ∞nu u lim +→=22n n1n 1)(n ∞n x 22xlim ⋅++→=2x lim 12n ∞n +→=⎪⎩⎪⎨⎧>∞+=<1|x |1|x | ，211|x | 0，，，∴R=1， 且当x=±1时，原级数收敛. ∴原级数的收敛域为[-1,1].2、应用逐项求导或逐项求积方法求下列幂级数的和函数(应同时指出它们的定义域)：(1)∑∞=++0n 12n 12n x ；(2)∑∞=1n n nx ；(3)∑∞=+1n nx )1n (n ；(4)∑∞=1n n 2x n . 解：(1)∵R=1n n ∞n a a lim +→=12n 32n lim ∞n ++→=1，又当x=±1时，级数∑∞=+±0n 12n 1发散； ∴幂级数的和函数S(x)定义在(-1,1)，且S ’(x)=∑∞=+'⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+0n 12n 12n x =∑∞=0n 2nx =2x 11-, ∴S(x)=⎰x 02t -1dt =21ln x -1x 1+, x ∈(-1,1). (2)∵n n ∞n|a |lim →=n ∞n n lim →=1，∴R=1. 又当x=±1时，原级数发散； ∴幂级数的和函数S(x)定义在(-1,1)，且S(x)=∑∞=1n nnx =x ∑∞=1n 1-n nx =xf(x).∵⎰x0f(t)dt=∑⎰∞=1n x1-n nt dt=∑∞=1n n x =x 11-，∴f(x)='⎪⎭⎫ ⎝⎛-x 11=2x )1(1-. ∴S(x)=2x )1(x-, x ∈(-1,1). (3)∵R=1n n ∞na a lim +→=2)1)(n (n 1)n(n lim ∞n +++→=1，又当x=±1时，原级数发散； ∴幂级数的和函数S(x)定义在(-1,1)，且⎰xS(t)dt=∑⎰∞=+1n xn1)t n(n dt=∑∞=+1n 1n nx=x ∑∞=1n nnx =22x)1(x -. ∴S(x)='⎥⎦⎤⎢⎣⎡-22x)1(x =3x )1(2x-, x ∈(-1,1). (4)∵n n ∞n|a |lim →=n 2∞n n lim →=1，∴R=1. 又当x=±1时，原级数发散； ∴幂级数的和函数S(x)定义在(-1,1)，且S(x)=∑∞=1n n2x n =x ∑∞=1n 1-n 2x n =xf(x).∵⎰x0f(t)dt=∑⎰∞=1n x1-n 2t n dt=∑∞=1n n nx =2x )1(x -，∴f(x)='⎥⎦⎤⎢⎣⎡-2x)1(x=3x )1(x 1-+. ∴S(x)=32x)1(x x -+, x ∈(-1,1).3、证明：设f(x)=∑∞=0n nn x a 当|x|<R 时收敛，若∑∞=++0n 1n nR 1n a 也收敛，则 ⎰Rf(x )dx=∑∞=++0n 1n n R 1n a . 应用这个结论证明：⎰+10x 11dx=ln2=∑∞=+1n 1n n 1(-1).证：∵∑∞=++0n 1n n R 1n a 收敛，补充定义f(x)=∑∞=++0n 1n n R 1n a , x=R.则f(x)=∑∞=0n nn x a , x ∈(-R,R]. ∴⎰R0f(x )dx=∑⎰∞=0n R0nn x a dx=∑∞=++0n 1n nR 1n a . 对幂级数∑∞=1n 1-n 1-n x(-1)=x 11+, 又当x=1时，∑∞=+1n 1n n 1(-1)收敛，∴⎰+10x 11dx= ln2=∑∞=+1n 1n n 1(-1).4、证明：(1)y=∑∞=0n 4n (4n)!x 满足方程y (4)=y ；(2)y=∑∞=0n 2n )(n!x 满足方程xy ”+y ’-y=0. 证：(1)∵n n ∞n|a |lim →=n ∞n (4n)!1lim →=0，∴R=+∞，收敛域为(-∞, +∞). 从而在(-∞, +∞)逐项微分得：y ’=∑∞='⎥⎦⎤⎢⎣⎡1n 4n (4n)!x =∑∞=1n 1-4n 1)!-(4n x ；y ”=∑∞='⎥⎦⎤⎢⎣⎡1n 1-4n 1)!-(4n x =∑∞=1n 2-4n 2)!-(4n x ；y ”’='⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑∞=1n 2-4n 2)!-(4n x =∑∞=1n 3-4n 3)!-(4n x ；y (4)=∑∞='⎥⎦⎤⎢⎣⎡1n 3-4n 3)!-(4n x =∑∞=1n 1)-4(n 1)]!-[4(n x =∑∞=0n 4n (4n)!x =y. (2)∵n n ∞n|a |lim →=n 2∞n )(n!1lim →=0，∴R=+∞，收敛域为(-∞, +∞). 从而在(-∞, +∞)逐项微分得：y ’=∑∞='⎥⎦⎤⎢⎣⎡0n 2n )(n!x =∑∞=0n 1-n n!1)!-(n x ；y ”=∑∞='⎥⎦⎤⎢⎣⎡0n 1-n n!1)!-(n x =∑∞=0n 2-n n!2)!-(n x . 则 xy ”+y ’=x ∑∞=1n 2-n n!2)!-(n x +∑∞=1n 1-n n!1)!-(n x =∑∞=1n 21-n ]1)!-[(n x =∑∞=0n 2n )(n!x =y. ∴xy ”+y ’-y=0.5、证明：设f 为∑∞=0n n n x a 在(-R,R)上的和函数，若f 为奇函数，则原级数仅出现奇次幂的项，若f 为偶函数，则原级数仅出现偶次幂的项. 证：∵f(x)=∑∞=0n nn x a , x ∈(-R,R)；∴f(-x)=∑∞=0n n n n x a (-1).若f 为奇函数，即f(-x)=-f(x)，则∑∞=0n nn nx a (-1)=-∑∞=0n n n x a 得(-1)n a n =-a n ,当n=2k-1时，成立；当n=2k 时，a 2k =0. 即f(x)=∑∞=1k 1-2k 1-2k x a .若f 为偶函数，即f(-x)=f(x)，则∑∞=0n nn nx a (-1)=∑∞=0n n n x a 得(-1)n a n =a n ,当n=2k 时，成立；当n=2k-1时，a 2k-1=0. 即f(x)=∑∞=0k 2k 2k x a .6、求下列幂级数的收敛域：(1)∑+n n n b a x (a>0,b>0)；(2)nn x n 112∑⎪⎭⎫ ⎝⎛+.解：(1)∵R=1n n ∞n a a lim +→=n n 1n 1n ∞n b a b a lim ++++→=max{a,b}，又当|x|=R 时， nn n∞n b a R lim +→=1≠0，∴原级数的x=±R 发散，收敛域为(-R,R). (2)∵n n ∞n|a |lim →=n n ∞n 2n 11lim ⎪⎭⎫⎝⎛+→=n∞n n 11lim ⎪⎭⎫⎝⎛+→=e ，∴R=e 1， 又当x=±e 1时，nn ∞n e 1n 11lim 2⎪⎭⎫⎝⎛±⎪⎭⎫ ⎝⎛+→≠0，∴原级数在x=±e 1发散， 收敛域为(-e 1,e1).7、求下列幂级数的收敛半径：(1)n n n x n](-1)[3∑+；(2)a+bx+ax 2+bx 3+… (0<a<b).解：(1)∵n n ∞n|a |lim →=n n∞n n 4lim →=n ∞nn4lim →=4，∴R=41. (2)∵n n ∞n|a |lim →=n ∞n b lim →=1，∴R=1.8、求下列幂级数的收敛半径及其和函数：(1)∑∞=+1n n 1)n(n x ；(2)∑∞=++1n n 2)1)(n n(n x ；(3)∑∞=+2n n2x 1n )1-n (. 解：(1)R=1n n ∞na a lim +→=1)n(n )2n )(1n (lim ∞n +++→=1. 又当x=±1时，原级数收敛. ∴收敛域为[-1,1]. 记S(x)=∑∞=+1n n 1)n(n x =∑∞=++1n 1n 1)n(n x x 1=x 1f(x).∵f ”(x)='⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧'⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∑∞=+1n 1n 1)n(n x =∑∞='⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1n nn x =∑∞=0n n x =x -11. ∴f ’(x)=⎰xt-11dt=-ln(1-x)；f(x)=⎰--x 0)t 1ln(dt=(1-x)ln(1-x)+x. 又当x=1时，S(1)=∑∞=+1n 1)n(n 1=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-→1n 11lim ∞n =1；当x=0时，S(0)=0. ∴S(x)=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==≠<≤-+ 0x ，0 1x ，10x 1x 1，1x)-ln(1x x-1且. (2)R=1n n ∞na a lim +→=2)1)(n n(n )3n )(2n )(1n (lim ∞n +++++→=1. 又当x=±1时，原级数收敛. ∴收敛域为[-1,1]. 记S(x)=∑∞=++1n n 2)1)(n n(n x =∑∞=+++1n 2n 22)1)(x n(n x x 1=2x 1f(x). ∵f ’(x)=∑∞=+'⎥⎦⎤⎢⎣⎡++1n 2n 2)1)(x n(n x=∑∞=++1n 1n 1)n(n x =x ∑∞=+1n n 1)n(n x =(1-x)ln(1-x)+x.∴f(x)=t]t)-t)ln(1-[(1x 0+⎰dt=-21(1-x)2ln(1-x)+43x 2-21x.又当x=0时，S(0)=0；当x=1时，S(1)=f(1)=41.∴S(x)=⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==≠<≤-+- 0x ，0 1x ，410x 1x 1，432x 1-x)-ln(12xx)-(122且 . (3)R=1n n ∞n a a lim +→=1)(n n 2)(n )1-n (lim 22∞n ++→=1. 又当x=±1时，原级数发散. ∴收敛域为(-1,1). 记S(x)=∑∞=+2n n 2x 1n )1-n (=∑∞=++2n 1n 21n x 1)-(n x 1=x 1f(x). f ’(x)=∑∞=+'⎥⎦⎤⎢⎣⎡+2n 1n 21n x 1)-(n =∑∞=2n n 2x )1-n (=x 2∑∞=2n 2-n 2x )1-n (=x 2g(x). ⎰xg(t)dt=∑⎰∞=2n x2-n 2t)1-n (dt=∑∞=2n 1-n x )1-n (=x ∑∞=2n 2-n x )1-n (=xh(x).⎰xh(t)dt=∑⎰∞=2n x2-n t)1-n (dt=∑∞=2n 1-n x =∑∞=1n n x =x-1x. ∴h(x)='⎪⎭⎫⎝⎛x -1x =2x )-(11；g(x)='⎥⎦⎤⎢⎣⎡2x)-(1x =3x )-(1x 1+；f(x)='⎥⎦⎤⎢⎣⎡+332x)-(1x x =42x)-(1x 42x +； 又当x=0时，S(0)=0；∴S(x)=⎪⎩⎪⎨⎧=<+0x 0，1|x |，x )-(1x424.9、设a 0, a 1, a 2,…为等差数列(a 0≠0). 试求： (1)幂级数∑∞=0n nn x a 的收敛半径；(2)数项级数∑∞=0n nn2a 的和数. 解：记等差数列a 0, a 1, a 2,…的公差为d ，则a n =a 0+nd ，a n =a 0+(n+1)d ，R=1n n∞n a a lim +→=1)d n (a nd a lim 00∞n +++→=1. ∴幂级数∑∞=0n n n x a 有收敛区间(-1,1). 记S(x)=∑∞=0n nn x a =∑∞=+0n n0nd)x (a = a 0∑∞=0n nx +d ∑∞=0n n nx =x 1a 0-+2x )1(dx-，当x=21∈(-1,1)时，S(21)=∑∞=0n nn 2a =2a 0+2d=2a 1. ∴(1)幂级数∑∞=0n nn x a 的收敛半径R=1; (2)数项级数∑∞=0n n n2a 的和数S=2a 1.。
