无穷级数:为什么函数必须在指定区间才能展成幂级数?那区间之外的呢?

如:1/(1-x) 这个在(-1,1)可以展成一个无穷级数,那这个范围外面呢?就没有办法用无穷级数来表示了吗?

第1个回答  2011-04-16
在0点展开,1/(1-x) = 1+x+x^2+x^3+...+x^n+...
级数的收敛半径an/an+1 = 1
可以在(-1,1)展开成上面的级数。在这范围以外,上面级数是发散的,

但如果不在x=0展开,如在x=-2,收敛半径就是 - 2到1的距离,即3,可以在(-5,1)展开成另一个级数,
1/5[ 1 + (x+4)/5 + (x+4)^2/5^2 + ..... + (x+4)^n/5^n .... ]

主要是看你在哪个点展开,不过多数在x=0

学了复变函数的洛朗级数,你对级数的理解估计会更深追问

为什么要选择在0处展开呢?按理说每个函数都是在一个区间上存在的。

追答

在哪里展开要看你需要研究的区域,比如这个函数的奇点是x=1,收敛半径是展开点到 x=1 的距离,选择在何处展开时,你要保证你关心的区域全部在收敛区域内。当然,x=0是最简单的,如果在0点已经满足了需要,那就没必要展开成一个比较复杂的级数了

追问

我就想是不是每个函数都可以写成多项式相加的无穷级数这个问题,但是发现有些函数只能在一些区间里面写成无穷级数,那假如想在函数的整个定义域上都写成无穷级数,那应该怎么操作呢?然后就看到了在某个点上展开,我觉得函数在整个定义域上要是都能写成无穷级数,那要在某个点上展开干什么呢?麻烦您了。

追答

并不是所有函数都能在整个定义域内展开成幂级数的,有些函数在实轴上有奇点,就会有一个收敛半径。如y=e^x,在R上有定义,他的收敛半径是R,在整个实轴上可以写成无穷级数。但1/(1-x),他在x=1无定义,是奇点,有收敛半径,只有在展开点为中心,到展开点距离小于收敛半径的点才呢用无穷级数表示。
如果有多个奇点,收敛半径是展开点到最近奇点的距离

追问

太谢谢您了,那如果我遇到一个函数,我把他的奇点挑出来,那么我就能用幂级数来表示其余的间断的函数了?就是我可以一个分段的无穷级数来完整刻画这个函数?

追答

不是。比如 1/(1-x) ,你在x=无穷就不能展成幂级数。因为你的展开点到x=1的距离总是有限的。总有一个收敛半径。

但学了复变函数的洛朗级数你会知道,如果展式中包含x的负无穷次幂到正无穷次幂,则 x=正负无穷 也是可以用级数表示的。但好像不是叫泰勒级数了,泰勒级数只是包含x的0次幂到正无穷次幂。至于洛朗级数是不是幂级数,忘了。

追问

假如不考虑正负无穷这两个极端的例子,就是在坐标轴上,能不能用分段幂级数来刻画函数呢?从奇点出断开。变复函数还没接触过呢。。您能不能加下我QQ:165281435?谢谢啦?

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第2个回答  2011-04-16
如果展成x^n形式的级数,那么他只能在(-1,1)范围内收敛,在这个范围外面发散。
而如果你不用x^n,而采用另一组正交函数展开,收敛半径会有所不同。追问

但是您看例子中的函数,两边是对称的,为什么对面的不能展成无穷级数?或者能不能加上绝对值什么的,再用无穷级数表示?也就是一个函数能不能用不同的无穷级数组合起来表示?或者说所有函数都是一个和式?

追答

“为什么对面的不能展成无穷级数?”,对面指什么?
哦,你是说为什么双曲线中只有一支能被表示么?

追问

就是指这个函数的另一支。这个函数不是关于-1对称的吗?但是只有右半支的一部分收敛。那左半支呢?

追答

函数关于(1,0)点对称,现在表示的是左半支。如果想表示右半支的对称部分,用级数
西格玛(x-2)^n表示,这个级数收敛半径是(1,3)

追问

也就是说通过调整级数,可以把一个特定的函数完全用无穷级数表示出来?

追答

每个级数都有自己的收敛半径,只要收敛半径是无穷,就可以表示出来。

追问

那函数在某个点展开是什么意思?

追答

通常指泰勒级数,f(x)在x0点展开就是f(x)=f(x0)+f'(x0)*(x-x0)+1/2!*f''(x0)*(x-x0)^2+……

追问

在某个点展开的意义是什么?是那个点的函数值不好算?所以要用展开之后用多项式来算?

追答

基本上是,有时候一个函数难以分析,我们就用他的泰勒展开,展开到比如2,3项,来近似原来不好处理的函数。

第3个回答  2011-04-16
这个要考虑收敛与发散的定义,比如你的这个题,在(-1,1)外面发散,所以不能展开为级数
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