函数项级数

1 函数项级数
给定一个定义在区间上的函数列,由这个函数列构成的表达式:

叫做 函数项无穷级数 (Infinite series with function terms),简称为 函数项级数 (Series with function terms),记为,即:

其中第叫做级数的 通项 (General term)。

2 收敛与发散
对于定义于区间上的函数项级数,代入某就得到如下的

对于上述

  • 若收敛,就称点为函数项级数 收敛点 (Point of convergence)
  • 若发散,就称点为函数项级数 发散点 (Point of divergence)

函数项级数的收敛点的全体称为它的 收敛域 (Domain of convergence),而发散点的全体称为它的 发散域 (Domain of divergence)。

3 和函数
代入收敛域内的任意一个数,函数项级数成为一收敛的,因而有一确定的。这样在收敛域内,函数项级数的和是的函数,通常称其为函数项级数的 和函数 (Sum function of a series),该函数的定义域就是函数项级数的收敛域,即:

函数项级数的前项的部分和记作,则在收敛域上有:

叫做函数项级数的 余项 (remainder term),则在收敛域上有:

4 举例说明

举例说明下上述的三个定义,之前分析过的敛散性及和,即,如果将其中的公比看作未知数,那么就得到了一个函数项级数:

还可以得到该函数项级数的收敛域,即,以及其和函数:

值得注意的是,虽然函数的定义域为,但当它作为和函数时,我们只关心它在收敛域内的部分,即的这部分,如下图所示。

这是因为超出收敛域后和函数就没有什么实际意义了。比如在中代入,可得公比为。因为,所以是该函数项级数的收敛点,此时的和为,即:

而在中代入,可得公比为,因为,所以是该函数项级数的发散点,虽然有,但已经没有实际意义了:

再来说说部分和函数:

随着的增加,在收敛域内会越来越接近,如下图所示。当时,在收敛域内会有

最后来看看余项,这也是定义在收敛域上的:

余项的几何意义就是之间的差值函数,如下图所示。

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