【考研数学】九. 无穷级数
文章目录
- 无穷级数
- 一轮
- 基础知识点1 常数项级数的概念
- 基础知识点2 常数项级数的分类
- 基础知识点3 常数项级数的收敛与发散
- 基础知识点4 常数项级数的6个重要性质
- 基础知识点5 幂级数概念
- 基础知识点6 幂级数的收敛域与和函数
- 核心考点1 正项级数的敛散性判断
- 方法1:必要条件法
- 方法2:定义法
- 方法3:记结论
- 方法4:比较判别法
- 方法5:比值判别法
- 方法6:根值判别法
- 核心考点2:交错级数的敛散性判别
- 核心考点3:一般级数的敛散性判断
- 核心考点4 求幂级数的收敛域
- 求不缺项的幂级数的收敛域
- 求缺项的幂级数收敛区间
- 核心考点5:求幂级数的和函数
- 核心考点6: 函数展开为幂级数
- 二轮
- 1. 基础知识:级数加括号的理解
- 2. 解题技巧:幂级数缺项
- 3. 部分和数列的极限与收敛的关系
- 4. 求和函数时,系数n不匹配
- 4.1 若系数分母含n,则逐项求导
- 4.2 若系数分子多n,则提x
无穷级数
一轮
前言:考研只考核心考点五六,但是需要用到前面的所有知识点
基础知识点1 常数项级数的概念
- 常数项:每一项均为数字
- 级数:无穷多项相加
基础知识点2 常数项级数的分类
- 正项级数:每一项都大于等于0
- 交错级数:一正一负交错
- 一般级数:否则
基础知识点3 常数项级数的收敛与发散
- 收敛:和存在
- 发散:和不存在
基础知识点4 常数项级数的6个重要性质
收 ± 收 = 收
收 ± 发 = 发
发 ± 发 = 不确定
若 ∑ n = 1 ∞ u n 收 敛 , ∑ n = 1 ∞ k u n 也 收 敛 若 \sum_{n=1}^∞ u_n 收敛,\sum_{n=1}^∞ ku_n也收敛 若n=1∑∞un收敛,n=1∑∞kun也收敛
若 ∑ n = 1 ∞ u n 发 散 , ∑ n = 1 ∞ k u n 也 发 散 ( 考 虑 k ! = 0 ) 若 \sum_{n=1}^∞ u_n 发散,\sum_{n=1}^∞ ku_n也发散(考虑k!=0) 若n=1∑∞un发散,n=1∑∞kun也发散(考虑k!=0)
增加、去掉、变更有限项,并不会改变敛散性。
基础知识点5 幂级数概念
形式:
∑ n = 数 ∞ a n ( x − x 0 ) n \sum_{n=数}^∞ a_n(x-x_0)^n n=数∑∞an(x−x0)n
基础知识点6 幂级数的收敛域与和函数
收敛点
若里面的x取一个具体的值,则幂级数变成了常数项级数。若这个常数项级数收敛,则这个具体的值称为收敛点收敛域
一个幂级数所有收敛点构成的区间称为该幂级数的收敛域。和函数
幂级数中的x在收敛域内形成的常数项级数是收敛的,则常数项级数的和存在,可以使用一个合x的表达式表示一个个收敛点对应常数项级数的和。
核心考点1 正项级数的敛散性判断
6种方法
方法1:必要条件法
计算趋于∞的u极限,若不等于0,则发散。若等于0,则什么也判断不了。
l i m n − > ∞ u n ≠ 0 = = = > 发 散 lim_{n->∞} u_n ≠ 0 ===>发散 limn−>∞un=0===>发散
方法2:定义法
计算趋于∞的S极限,若等于某个数字,则收敛;若不存在,则发散。
l i m n − > ∞ S n = 数 字 a = = = > 收 敛 lim_{n->∞}S_n = 数字a ===> 收敛 limn−>∞Sn=数字a===>收敛
l i m n − > ∞ S n = ∞ = = = > 发 散 lim_{n->∞}S_n = ∞ ===> 发散 limn−>∞Sn=∞===>发散
方法3:记结论
方法3和方法4一起记,每一道使用方法4的题目,都要用方法3.
对于下面的式子:
∑ n = 1 ∞ 1 n p \sum_{n=1}^∞ \frac{1}{n^p} n=1∑∞np1
- 若p > 1 : 收敛
- 若p <= 1: 发散
方法4:比较判别法
前提:需要已知其中一个的敛散性。
(其实可以通过做差,实现两个数列的比较)
方法5:比值判别法
方法6:根值判别法
方法5和6一起记,且均适用于n出现在指数位置:部分位置则适用方法5,整体的指数适用方法6。
- 方法5:通过比值得到p
l i m n − > ∞ u n + 1 u n = p lim_{n->∞} \frac{u_{n+1}}{u_n} = p limn−>∞unun+1=p
- 方法6:通过开n次根得到p
l i m n − > ∞ u n = p lim_{n->∞} \sqrt{u_n} = p limn−>∞un =p
- 若p = 1,不确定(题目也不可能出)
- 若p > 1,发散
- 若p < 1,收敛
小测试:下面的5题,哪些使用方法5,哪些使用方法6
答案:前3题使用方法5,后2题使用方法6
心得:使用上述方法的时候,还得要结合求极限的一些方法,比如常见的等价无穷小都可以使用的。
核心考点2:交错级数的敛散性判别
仅有唯一的方法,且具有两步骤:
- 把正项级数部分写出来,判断正项级数的敛散性。
- 若收敛,则交错级数(绝对)收敛
- 若发散,则继续。
- 莱布尼茨判别准则:若同时满足以下条件,则收敛。(充分条件)
- 此交错级数对于的正项级数的极限为0。(极限为0)
- 此交错级数对于的正项级数前一项大于等于后一项。(单调性:递减)
核心考点3:一般级数的敛散性判断
把正项级数部分写出来(加绝对值),判断正项级数的敛散性。
- 若收敛,则该一般级数收敛。
心得:
- 一般式子中包含sin,cos都是一般级数,使用比较判别的方法,和1比较缩放。
- 式子中最外层包裹了ln(1+xx),多半可以使用泰勒展开
核心考点4 求幂级数的收敛域
两种类型:
- 求不缺项的幂级数的收敛域
- 求缺项的幂级数的收敛域
求不缺项的幂级数的收敛域
先重温不缺项的幂级数的格式:
∑ n = 数 ∞ u n ( x − x 0 ) n + b \sum_{n=数}^∞ u_n(x-x_0)^{n+b} n=数∑∞un(x−x0)n+b
- 求收敛半径r:就看前面的部分,不用看后面的部分
l i m n − > ∞ ∣ u n + 1 u n ∣ lim_{n->∞} |\frac{u_{n+1}}{u_n}| limn−>∞∣unun+1∣
- 求出收敛区间:
− r < x − x 0 < r -r < x - x_0 < r −r<x−x0<r
x 0 − r < x < x 0 + r x_0 - r <x< x_0 + r x0−r<x<x0+r - 求出收敛域:代入端点求区间的开或闭,若发散则开,收敛则闭。
例 如 : 当 x = x 0 − r 时 , ∑ n = 数 ∞ u n ( x − x 0 ) n 趋 向 于 无 穷 , 发 散 , 故 区 间 端 点 为 开 。 例如:当x = x_0 - r时,\sum_{n=数}^∞ u_n(x-x_0)^n 趋向于无穷,发散,故区间端点为开。 例如:当x=x0−r时,n=数∑∞un(x−x0)n趋向于无穷,发散,故区间端点为开。
求缺项的幂级数收敛区间
- 求收敛区间
2. 求收敛域:代入端点求区间的开或闭,若发散则开,收敛则闭。
分析:刚开始看到上面的式子好像很复杂,但是细细捋一波思路,其实也简单。
首先,把题目给出的式子全部当成f(n)
f ( n ) = u n ( x − x 0 ) a n + b f(n) = u_n(x-x_0)^{an+b} f(n)=un(x−x0)an+b
类似比较判别法的套路,使用f(n+1)/f(n),再套上一个绝对值,就是第一个看似复杂的算式了;
若f(n)整体外套了一层n次方,则开n次方把它消去。
核心考点5:求幂级数的和函数
一共三步:
- 第一步:求收敛域(见上一考点)
- 第二步:化简:结合使用五种方法(见下面)
- 第三步:算两种特殊点的极限
- 收敛域闭区间的端点(左端点的右极限,右端点的左极限)
- 收敛域内部没有定义的点
步骤二的五种方法:
- 方法一:背公式(下图的z实际上是2)
十分重要:主要将累加符号累加符号 ∑ 消去。(其实就是麦克劳林展开式的逆过程。)
下述的其余方法主要将其变成 方法一 的形式:方法虽然多,但是实际上就是先求导,再积分还原的过程。
综上,不拿一个栗子举一下,很难理解:
最后求出的收敛域发现收敛域上没有定义域不存在的点,也没有闭区间,所以答案就是第二步的答案。
这里有遗漏一个点,对应幂级数的收敛域和和函数,还有一种题型是求函数展开式。
核心考点6: 函数展开为幂级数
熟记常见的麦克劳林展开式。
直接问:求f(x) = xxx 在x = 1 展开的幂级数
则需要配一个 x - 1 的多项式,然后使用麦克劳林公式展开
二轮
1. 基础知识:级数加括号的理解
2. 解题技巧:幂级数缺项
3. 部分和数列的极限与收敛的关系
4. 求和函数时,系数n不匹配
4.1 若系数分母含n,则逐项求导
4.2 若系数分子多n,则提x
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