chapter3 复变函数的幂级数展开
- 格式:ppt
- 大小:2.08 MB
- 文档页数:61
第三章 幂级数展开ξ3.1 复数项的级数一.复数的无穷级数可表示为:121kk n k ww w w w ∞==++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+∑ (1)其中:k k w u iv =+前n 项和为:11nn k k n k s w w w w w ===++⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+∑=11nnkkk k ui v ==+∑∑当n →∞时级数:n s →级数:1kn w∞=∑故111n kkk k k k w u i v ∞∞====+∑∑∑一个复数项级数可分解为实部项级数可虚部项级数两个级数的组合收敛问题是线性讨论级数的一个重要方面,而复数项级数的收敛问题可以归结为两个实数项级数(实部和虚部)的收敛 1. 柯西收敛判据:一个级数还可写为:11kn kk k n ws w∞∞=≠+=+∑∑ (4)其中n s 是钱n 项和1kk n w∞≠∑为余项判据:任何一个小正数ξ>0 若能找到一个N 使得n>N 时1n pkk n wξ+=+<∑则称1kn w∞=∑收敛,其中p 为任意整数 2. 绝对收敛若11kk k w∞∞===∑∑是收敛的,则1kk w∞=∑绝对收敛两个敛的级数相乘后所得的级数耶是绝对收敛的,其和等于相乘级数和的乘积二.复变项级数(复变函数项级数) 1.函数项级数一般表示为:121()()()()kkk w z w z w z w z ∞==++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅∑ (5)函数项级数的收敛问题得涉及到z 的取值域,若z 在B 上取值是(5)收敛,则称1()kk w z ∞=∑在B 上收敛。
B 称为1()kk w z ∞=∑的收敛域函数项级数也可表示为:111()nkkkk k k n w z ww∞∞===+==∑∑∑ (6)2. 函数项级数的收敛 如在B 上,对于个点z任意给0ξ>,若存在N 使得n>N 时有1n pkk n wξ+=+<∑则称级数1()nkk w z =∑在B 上一致收敛3.收敛级数性质(1)在B 上一致收敛的函数项级数的每一项都是B 上的连续函数 (2)在B 上一致收敛的函数项级数的每一项都可积分⇒逐项积分 (3) 若有()k k w z m ≤,而1kk m ∞=∑是收敛的,则()kw z ∑绝对且一致收敛ξ3.2 幂级数最典型也最常见的级数——即级数的各项都是幂函数2001020()()()k k k a z z a a z z a z z ∞=-=+-+-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅∑ (1) 其中0z 、0a 、1a 、2a ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅都是复常数,这一的级数叫做以0z 为中心展开的幂级数 一.级数收敛判别法1. 比值判别法(达朗贝尔判别法): 若:110100lim lim1k k k kk k kka z z a z z a a z z +++→∞→∞-=-<- (3)则(2)正项级数收敛,亦即级数(1)绝对收敛 2. 根值判别法若:1k < (4)则级数(2)收敛,亦即级数(1)绝对收敛3. 收敛域和收敛半径函数级数的收敛问题(从根本上)具体要涉及的是收敛u 的问题即,z 在什么样的范围内取值级数是收敛的,收敛判别法本身给出了z 的取值范围: 由判别法“1”:01l i m kk k a z z a →∞+-< (5)则 1limkk k a R a →∞+= (6)为级数(1)的收敛半径 只要满足0z z R -< 的所有点其级数(1)都收敛则以0z 为中心R 为半径的区域是(1)的收敛区域,对应圆称(1)的收敛圆。
复变函数的幂级数展开复变函数的幂级数展开是复数域中独有的一种展开形式。
与实函数不同,复变函数的幂级数展开能够将一个复变函数表示为一系列复数幂的和。
在复变函数理论中,幂级数展开具有广泛的应用,例如在复解析、函数论、物理学等各个领域。
首先,我们来了解一下复变函数的幂级数展开的定义和性质。
给定一个复变函数 f(z),它可以在某个区域上进行幂级数展开。
设 z0 是该区域上的一个点,如果存在复数序列 c_n 和一个收敛半径 R,使得对于该区域内的每个点 z,有以下关系成立:f(z) = ∑(n=0 to ∞) c_n (z-z0)^n (1)其中,c_n 是函数 f(z) 的系数,R 是幂级数的收敛半径。
幂级数的收敛半径 R 可以通过柯西—阿达玛公式进行计算,该公式是根据幂级数的收敛性和发散性进行的。
下面我们来看一个具体的例子。
考虑以下函数:f(z) = 1/(1-z) (2)为了将 f(z) 展开为幂级数,我们需要找到该函数在某个点 z0 处的展开式,并计算出收敛半径 R。
对于函数 (2),我们可以选择 z0=0。
然后,我们对函数 (2) 进行展开,在给定的收敛半径内,得到以下级数:f(z) = ∑(n=0 to ∞) z^n (3)这个级数是一个幂级数展开,它显示出函数 1/(1-z) 可以表示为一系列复数幂的和。
在这个例子中,收敛半径 R=1,因为幂级数 (3) 只在 |z| < 1 的区域内收敛。
复变函数的幂级数展开可以用来近似计算复解析函数在某个点附近的值。
一般来说,通过增加幂级数的项数,可以获得更精确的近似结果。
但需要注意的是,幂级数展开的收敛性和收敛半径是限制近似精度的关键因素。
当所选择的展开点与函数的奇异点接近时,幂级数展开的收敛性可能会受到影响。
幂级数展开还经常用于计算多项式函数和三角函数的复函数版本。
例如,通过对复指数函数进行幂级数展开,我们可以得到欧拉公式:e^(iz) = ∑(n=0 to ∞) (iz)^n/n!,其中 i 是虚数单位。