考研中求幂级数收敛域的步骤如下:
确定系数的通项表达式
首先,你需要知道幂级数的通项公式,例如 (a_n = frac{1}{n^2})。
利用收敛半径公式求收敛半径R
使用比值判别法,计算 (lim_{n to infty} left| frac{a_{n+1}}{a_n} right|)。
如果 (lim_{n to infty} left| frac{a_{n+1}}{a_n} right| = L),那么收敛半径 (R = frac{1}{L})。
判断左端点的收敛性
将 (x = -R) 代入原级数,判断其是否收敛。
判断右端点的收敛性
将 (x = R) 代入原级数,判断其是否收敛。
综合左右端点收敛性和收敛半径得到收敛域
如果左端点收敛,则收敛域包含左端点;如果右端点收敛,则收敛域包含右端点。如果两端点都不收敛,则收敛域为开区间 ((-R, R));如果一端收敛而另一端不收敛,则收敛域为半开半闭区间。
例如,对于级数 (sum_{n=1}^{infty} frac{1}{n^2}),系数通项为 (a_n = frac{1}{n^2}),计算收敛半径 (R):
(lim_{n to infty} left| frac{a_{n+1}}{a_n} right| = lim_{n to infty} left| frac{frac{1}{(n+1)^2}}{frac{1}{n^2}} right| = lim_{n to infty} left| frac{n^2}{(n+1)^2} right| = 1)
所以收敛半径 (R = 1)。
然后判断端点 (x = -1) 和 (x = 1) 的收敛性:
当 (x = 1) 时,级数变为 (sum_{n=1}^{infty} frac{1}{n^2}),这是一个收敛的p-级数(p=2>1)。
当 (x = -1) 时,级数变为 (sum_{n=1}^{infty} frac{(-1)^n}{n^2}),这也是一个收敛的交错级数。
因此,收敛域为 ([-1, 1])