数学分析脉络笔记-级数

级数,极限无限概念的运用。

一、数值级数性质

1、收敛级数满足结合律,但一个级数的项经过结合后的新级数收敛,去掉括号后,级数不一定收敛。
2、同号级数,级数每项的正负同号

2.1、单调有界数列存在极限,比较判别法、柯西判别法、达朗贝尔判别法
2.2、柯西判别法和达朗贝尔判别法都是以比较判别法为基础,与几何级数比较所得。但是当项的某些运算极限等于1的时候,判别法将会失效。此时需要比几何级数收敛速度更慢的同号级数作为比较的标准,一般选择广义调和级数作为比较标准。

3、广义调和级数,即P-级数,p<=1时发散,p>1收敛
4、变号级数,重点考虑交错级数

4.1、绝对收敛、条件收敛,级数的绝对收敛可以归结为判别同号级数的收敛性
4.2、莱布尼茨判别法、阿贝尔变换、狄利克莱判别法、阿贝尔判别法

莱布尼茨判别法仅仅是狄利克莱判别法的特殊情况

4.3、一般情况下,收敛级数不满足交换律分配率;条件收敛级数有更一般的的结果:黎曼定理,即对于条件收敛级数,任意实数a,通过适当交换级数的项,使得级数收敛于a。
4.4、绝对级数满足交换律

虽然级数的条件收敛和绝对收敛都是收敛,但是二者的收敛机制是不同的。条件收敛级数之所以收敛,是因为按原有级数的各项顺序,正项和负项互相抵消了,从而使部分和数列收敛与项的位置有关,因此条件收敛级数不满足交换律。绝对级数之所以收敛,是因为其项的绝对值趋近于0的速度达到了收敛的要求,从而使部分和数列收敛与项的位置无关,因此满足交换律。

二、函数级数性质

1、对于任意一点a,函数级数都有一个对应的数值级数,其敛散性可使用数值级数的判别法。
2、函数级数在点a收敛或发散,则称点a为函数级数的收敛点或发散点。
3、函数级数收敛点的集合成为函数级数的收敛域,若收敛域为区间则称收敛区间
4、一致收敛性
通过函数级数的每一项的连续性、可微性和可积性来研究函数级数的连续性、可微性和可积性,亦即通过局部研究整体

在什么条件下,函数级数的每一项所具有的分析性质,其函数级数和也具有同样的分析性质,且函数级数的每项积分、极限、导数之和等于函数极限的积分、极限、导数。

4.1、柯西一致收敛准则、M判别法、狄利克莱判别法、阿贝尔判别法
4.2、能够使用M判别法的函数级数必然绝对收敛。
4.3、如果条件收敛的函数级数,其可使用狄利克莱判别法和阿贝尔判别法

5、函数列的一致收敛性 柯西一致收敛准则
函数级数与函数列只是形式不同,没有本质区别。
6、函数级数一致收敛
函数级数在一致收敛条件下,其分析性质(极限、可微、可积)可以与无限和运算交换次序。

三、幂级数性质

1、幂级数的分析性质
2、将函数展开成幂级数的条件展开公式
3、阿贝尔第一定理:指出幂级数的收敛点和发散点在数轴上不能混杂交错出现
4、收敛半径,幂级数的收敛半径有幂级数系数所决定
5、阿贝尔第二定理:虽然幂函数在收敛起区间不一定一致收敛,但是在收敛区间的任意闭区间都一致收敛,被称为内闭一致收敛性质
6、幂函数的性质

6.1、收敛域是以原点为中心的区间(可能开区间、半开半闭、闭区间,特殊情况可能是R或退还为原点)
6.2、在收敛开区间内闭一致收敛
6.3、幂级数在收敛区间连续
6.4、幂级数在收敛区间可积,且逐项可积;其在0到x的积分,收敛域半径与原幂级数收敛半径相同
6.5、幂级数在收敛区间可导,且逐项可微;逐项微分得到的幂级数的收敛半径与原幂级数收敛半径相同

四、泰勒级数性质

1、如果函数能展成幂级数,那么幂级数的系数与此函数是什么关系
2、什么条件下函数可以展成幂级数
3、二项式展开公式
4、幂级数应用:数π的近似计算、数e的近似计算、对数的近似计算、表示非初等函数
5、指数函数的分析定义,幂级数就是定义指数函数和三角函数的一个分析工具

五、傅里叶级数性质

1、三角函数的正交性
2、对于区间[-π, π],有三个问题需要确认

2.1、函数在区间的傅里叶级数是否收敛
2.2、如果函数的傅里叶级数收敛,是否收敛到函数本身
2.3、在什么条件下,才能满足2.1、2.2条件

2.4、黎曼引理

3、逐段连续、逐段光滑

3.1、逐段连续:函数在区间只有有限的第一间断点
3.2、逐段光滑:函数的一阶导数在其区间也是逐段连续的
3.3、逐段光滑的函数是可积的
3.4、以2π为周期的逐段光滑函数是可以展成傅里叶级数的,是展成傅里叶级数的充分条件
3.5、可展成傅里叶级数的函数(逐段光滑)要比可展成幂级数的函数(存在任意阶导数)要广泛很多,条件减弱了很多。

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