数学物理方法 第三章
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数学物理方法_第三章_幂级数展开幂级数展开是数学物理中常用的一种方法,它是通过使用幂级数来表示一个函数,从而方便对函数进行近似计算和分析。
在许多问题中,幂级数展开可以简化计算的复杂性,帮助我们更好地理解问题的本质。
幂级数是一个无穷级数,形式为:f(x)=a0+a1(x-x0)+a2(x-x0)^2+a3(x-x0)^3+...其中,a0、a1、a2...是常数系数,x0是展开点。
幂级数展开可以将一个任意函数表示成一个级数,进而通过截断级数的方式来近似求解。
这种展开方法在物理学和工程学中得到广泛应用。
幂级数展开的理论基础是泰勒级数展开,泰勒级数展开是幂级数展开的一个特殊情况。
泰勒级数展开是指将任意可导函数在其中一点x0附近展开成幂级数。
泰勒展开的前n+1项可以用n阶导数来表示,形式如下:f(x)=f(x0)+f'(x0)(x-x0)+f''(x0)(x-x0)^2/2!+f'''(x0)(x-x0)^3/3!+...+f^n(x0)(x-x0)^n/n!+...幂级数展开的应用非常广泛,它在数学、物理、工程学和计算机科学中都有着重要的地位。
以下是幂级数展开的几个典型应用:1.函数逼近幂级数展开是一种有效的函数逼近方法。
通过截断幂级数,我们可以用其前几项来近似计算函数的值。
这对于高阶函数和复杂函数来说是非常有用的,因为我们可以通过截断级数来减少计算的复杂性。
2.微分方程的求解使用幂级数展开的方法可以求解一些特定的微分方程。
对于一些微分方程,无法找到解析解,但通过将解展开成幂级数的形式,可以将微分方程转化为代数方程,从而求得解的逼近解。
3.近似计算幂级数展开是一种常用的近似计算方法。
通过截取幂级数的前几项,我们可以将一个复杂的函数近似成一个简单的形式,从而方便我们进行数值计算。
4.解析几何的研究在解析几何中,幂级数展开是研究曲线和曲面的重要工具。
通过展开曲线或曲面,我们可以对其性质进行分析和计算,帮助我们更好地理解几何问题。
《数学物理方法》(Methods of MathematicalPhysics)《数学物理方法》是物理类及光电子类本科专业学生必修的重要基础课,是在《高等数学》课程基础上的一门重要的应用数学类课程,为专业课程的深入学习提供所需的数学方法及工具。
课程内容:复变函数(18学时),付氏变换(20学时),数理方程(26学时)第一篇复变函数(38学时)绪论第一章复变函数基本知识4学时第二章复变函数微分4学时第三章复变函数积分4学时第四章幂级数4学时第五章留数定理及应用简介2学时第六章付里叶级数第七章付里叶变换第八章拉普拉斯变换第二篇数学物理方程(26学时)第九章数理方程的预备知识第十章偏微分方程常见形式第十一章偏微分方程的应用绪 论含 义使用数学的物理——(数学)物理 物理学中的数学——(应用)数学Mathematical Physics方 程1=x{222111c y b x a c y b x a =+=+()t a dtdx= ⎰=)(t a xdt常微分方程0222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+x dt x d ω ()C t A x +=ωcos偏微分方程——数学物理方程0222222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂z y x ψψψ ()z y x ,,ψψ=12=x()ψψψψψz y x U zy x m h t h i ,,22222222+⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂()t z y x ,,,ψψ=复 数1. 数的概念的扩充正整数(自然数) 1,2,…运算规则 +,-,×,÷,()2,- 121-=-负 数 0,-1,-2,…整 数 …,-2,-1,0,1,2,…÷ 5.021= 333.031=有理数(分数) 整数、有限小数、无限循环小数414.12=无理数 无限不循环小数 实 数 有理数、无理数i =-1 虚 数y i复 数 实数、虚数、实数+虚数 yi x y x +,,2. 负数的运算符号12-=xi x ±=i 虚数单位,作为运算符号。
第三章 幂级数展开§3.1 复数项级数(一) 复数项级数 1.复数项级数定义 复数项级数:()1.1.3..., (211)++++=∑∞=k k kw w w w,级数中每一项都可分为实部和虚部k k k iv u w +=那么,∑∑∑∞=∞=∞=+=111k k k k k k v i u w 即一个复数项级数可以用两个实数项级数来表示。
这样,实数项级数的许多性质都可以用到复数项级数中。
2. 复数项级数收敛的柯西判据复数项级数(3.1.1)收敛的充分必要条件是,对于任一给定的正数ε,必有N 存在,使得n>N时,,1ε<∑++=pn n k kw其中,p 为任意正整数。
3. 复数项级数的绝对收敛如果复数项级数(3.1.1)各项的模(正实数)组成的级数)3.1.3( (1)221∑∑∞=∞=+=k k k k kv u w收敛,就把复数项级数(3.1.1)叫做绝对收敛。
◆ 绝对收敛的复数项级数必是收敛的◆ 绝对收敛的级数各项先后次序可以改变,其和并不因此改变。
4. 两个绝对收敛的复数项级数之积仍然绝对收敛n n m mk kk k q pqp •=•∑∑∑∞=∞=∞=1,11(二) 复变项级数(函数项级数) 1. 复变项级数定义()()()()()6.1.3..., (2)11++++=∑∞=z w z w z w z w kk k它的各项是z 的函数。
2.复变项级数收敛如果在某个区域B (或某根曲线 l )上所有的点,级数(3.1.6)都收敛,就叫做在B (或l )上收敛。
3.复变项级数收敛的柯西判据及一致收敛复变项级数(3.1.6) 在某个区域B (或某根曲线 l )上收敛的充分必要条件是,在B (或l )上各点z, 对于任一给定的小正数ε,必有()εN 存在,使得()εN n >时,(),1ε<∑++=pn n k kz w 式中p 为任意正整数。