14
06月
2023
根据幂级数收敛的Cauchy-Hadamard公式,可以求得该级数的收敛半径。
(1) 求收敛半径:
根据Cauchy-Hadamard公式,收敛半径R的倒数等于极限存在的情况下,幂级数中最高次项系数的绝对值的开n次方,即:
1/R = lim sup (|n(n+1)|^(1/n))
为了求这个极限,我们可以使用根值测试(Root Test):
设 a_n = |n(n+1)|^(1/n)
求 a_n 的极限:
lim(n->∞) |n(n+1)|^(1/n) = 1
由于极限存在且等于1,所以收敛半径 R = 1/(lim sup a_n) = 1
所以该级数的收敛半径为 1。
(2) 求收敛域:
根据幂级数的收敛半径 R,该级数在以复平面上圆心为中心、半径为 R 的圆内收敛,圆上或者圆外则不一定收敛。
所以该级数的收敛域为以圆心为中心、半径为 1 的圆(开口朝外)。
(3) 求级数的和:
根据幂级数的和的计算公式,有以下两种方法可以求得该级数的和:
方法一: 将幂级数转化为函数表达式
由于幂级数是x的多项式级别,我们可以将其转化为函数求和。题目中给出的幂级数为:
∑ (n=1 ∞)n ( n +1) x ^(n-1)
根据等比数列的求和公式,我们可以得到:
∑ (n=1 ∞)n ( n +1) x ^(n-1)= d/dx (∑(n=1 ∞)(n^2)x^n) ,其中 ∑(n=1 ∞)(n^2)x^n 是一个幂级数,收敛半径也为 1。
然后对 ∑(n=1 ∞)(n^2)x^n 进行求和:
∑(n=1 ∞)(n^2)x^n = x*(d/dx (∑(n=1 ∞)(nx^n))) = x*(d/dx (∑(n=1 ∞)(x^n))/dx) = x*(d/dx (x/(1-x))) = x/(1-x)^2
所以原始幂级数的和为 x/(1-x)^2。
方法二: 利用幂级数求和公式
幂级数求和公式适用于收敛半径内的幂级数,对于题目给出的幂级数,可以将其转化为已知的幂级数形式(例如幂级数展开式),然后应用求和公式进行计算。
根据题目给出的幂级数形式,可以将其转化为 ∑(n=1 ∞)(n^2)x^n 的形式,然后利用幂级数求和公式进行计算。
综上所述,该级数的和为 x/(1-x)^2。
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本文标题: 已知幂级数∑ (n=1 ∞)n ( n +1) x ^(n-1),求: (1)求该级数的收敛半径;(2)求该级数的收敛域;(3)求该级数的和
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