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數(shù)學(xué)物理方法冪級數(shù)展開冪級數(shù)展開復(fù)級數(shù)冪級數(shù)和泰勒展開雙邊冪級數(shù)和羅朗展開孤立奇點本章小結(jié)復(fù)級數(shù)復(fù)數(shù)項級數(shù)形式:i=1ui
通項:ui為復(fù)數(shù)部分和:sn=nui
和:s=limsn
余項:rn=s-sn=un+1+un+2+…收斂:s存在>0,N(),s.t.n>N()=>|s-sn|<
絕對收斂定義:s
=i=1|ui|收斂性質(zhì):絕對收斂=>收斂復(fù)級數(shù)復(fù)函項級數(shù)形式:∑i=1ui(z)通項:ui(z)部分和函數(shù):sn(z)
=∑i=1nui(z)
和函數(shù):s(z)=limsn(z)
收斂域:{z|s(z)存在}定義:>0,N(,z),s.t.n>N(,z)|s(z)-sn(z)|<
一致收斂性:定義:>0,N(),,s.t.n>N()|s(z)-sn(z)|<性質(zhì):各項連續(xù)和連續(xù),和的積分=各項積分之和;各項可導(dǎo)和可導(dǎo),和的導(dǎo)數(shù)=各項導(dǎo)數(shù)之和冪級數(shù)和泰勒展開冪級數(shù)形式:s(z)=∑k=0ak(z-b)k收斂域:R=limk|ak/ak+1|=limk|ak+1(z-b)k+1/ak(z-b)k|=|z-b|/R|z-b|<R<1,絕對收斂;|z-b|=R=1,不確定;|z-b|>R>1,發(fā)散。一致收斂性:s(z)dz=k=0
ak(z-b)kdzs’(z)=k=0[ak(z-b)k]’冪級數(shù)和泰勒展開泰勒展開問題:一個冪級數(shù)是其收斂圓內(nèi)的解析函數(shù),反之如何?泰勒定理:一個在圓|z-b|=R內(nèi)解析的函數(shù)f(z)可以展開為冪級數(shù)f(z)=∑k=0ak(z-b)k該冪級數(shù)在圓|z-b|=R內(nèi)收斂;以b為中心的展開式是唯一的;系數(shù)ak=f(n)(b)/n!應(yīng)用柯西積分公式,系數(shù)也可以表示為冪級數(shù)和泰勒展開例2:題目:在b=0的鄰域上把f(z)=1/(1-z)展開。解答:f(z)=1/(1-z)f’(z)=1/(1-z)2f”(z)=2/(1-z)3f(n)(z)=n!/(1-z)n+1f(n)(0)=n!an=1f(z)=∑k=0zk該冪級數(shù)在圓|z|<1內(nèi)收斂;冪級數(shù)和泰勒展開發(fā)散方法(用性質(zhì))線性組合的展開=展開之線性組合。和函數(shù)的積分=各項積分之和;和函數(shù)的導(dǎo)數(shù)=各項導(dǎo)數(shù)之和;例3:題目:在b=0的鄰域上把f(z)=cosh(z)展開。解答:cosh(z)=[exp(z)+exp(-x)]/2exp(z)=∑k=0zk/k!exp(-z)=∑k=0(-z)k/k!cosh(z)=∑k=0[zk/k!+(-z)k/k!]/2=∑k=0z2k/(2k)!該冪級數(shù)在圓|z|<內(nèi)收斂;冪級數(shù)和泰勒展開例4:題目:在b=0的鄰域上把f(z)=ln(1-z)展開。解答:ln(1-z)=-∫(1-z)-1dz(1-z)-1=∑k=0zkln(1-z)=-∫∑k=0zkdz=-∑k=0zk+1/(k+1)例5:題目:在b=0的鄰域上把f(z)=(1-z)-2展開。解答:(1-z)-2=[(1-z)-1]’(1-z)-1=∑k=0zk(1-z)-2=[∑k=0zk]’=∑k=0kzk-1雙邊冪級數(shù)和羅朗展開羅朗展開問題:一個雙邊冪級數(shù)是其收斂環(huán)內(nèi)的解析函數(shù),反之如何?羅朗定理:一個在環(huán)R1<|z-b|<R2內(nèi)解析的函數(shù)f(z)可以展開為雙邊冪級數(shù)f(z)=k=
ak(z-b)k該冪級數(shù)在環(huán)R1<|z-b|<R2內(nèi)收斂;同一環(huán)域中的羅朗展開式是唯一的;羅朗系數(shù)為雙邊冪級數(shù)和羅朗展開羅朗展開舉例例1:題目:在|z|>0的區(qū)域上把f(z)=cosh(z)/z展開。解答:cosh(z)=∑k=0z2k/(2k)!cosh(z)/z=∑k=0z2k-1/(2k)!例2:題目:在|z|>0的區(qū)域上把f(z)=exp(1/z)展開。解答:exp(t)=∑k=0tk/k!exp(1/z)=∑k=0z-k/k!雙邊冪級數(shù)和羅朗展開例3:題目:以b=0為中心把f(z)=1/[z(z-1)]展開。分析因為f(z)有兩個單極點z=0和z=1,所以它以b=0為中心的解析環(huán)有兩個0<|z|<1和1<|z|<∞,需要分別展開解答:在環(huán)域0<|z|<1中f(z)=1/[z(z-1)]=-1/[z(1-z)]=-1/z∑k=0zk=-∑k=0zk-1在環(huán)域1<|z|<∞中f(z)=1/[z(z-1)]=1/[z2(1-z-1)]=1/z2∑k=0z-k
=∑k=0z-k-2孤立奇點分類原則:根據(jù)函數(shù)趨向于孤立奇點時的極限行為的不同來分類;分類:極限為有限值,稱為可去奇點,例如sinz/z;極限為(n階)無窮大,稱為(n階)極點,例如1/zn;極限不存在,稱為本性奇點,例如exp(1/z);性質(zhì)奇點鄰域羅朗展開式可去奇點:無負(fù)冪項;(n階)極點:有限個負(fù)冪項,(最高為n次);本性奇點:無限多個負(fù)冪項;本章小結(jié)雙邊冪級數(shù)形式:s(z)=k=-
ak(z-b)k性質(zhì):在環(huán)域內(nèi)一致收斂羅朗展開條件:在環(huán)R1<|z-b|<
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