复变函数的级数 (2)精选PPT.ppt
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1、复变函数的级数(2)第1页,讲稿共112张,创作于星期日主主 要要 内内 容容 本章介绍复变函数级数的概念本章介绍复变函数级数的概念,重点是重点是Taylor级数、级数、Laurent级数及其展开级数及其展开.第2页,讲稿共112张,创作于星期日1 1 复数列的极限复数列的极限 2 2 复数项级数概念复数项级数概念 4.14.1 复数项级数复数项级数第3页,讲稿共112张,创作于星期日1 1 复数列的极限复数列的极限称称 为复数列为复数列,简称简称 为数列为数列,记为记为 定义定义4.1设设 是数列,是数列,是常数是常数.如果如果 e e 0,存在正整数存在正整数N,使得当使得当nN 时时,不
2、等式不等式 成立成立,则称当则称当n时时,收敛于收敛于 或称或称 是是 的极限的极限,记作记作第4页,讲稿共112张,创作于星期日复数列收敛与实数列收敛的关系复数列收敛与实数列收敛的关系定理一定理一 的充分必要条件是的充分必要条件是 此定理说明此定理说明:判别复数列的敛散性可转化为判别判别复数列的敛散性可转化为判别两两个实数列的敛散性个实数列的敛散性.第5页,讲稿共112张,创作于星期日2 2 复数项级数的概念复数项级数的概念为为无穷级数无穷级数.称称为该级数的为该级数的部分和部分和.设设 是复数列是复数列,则称则称 第8页,讲稿共112张,创作于星期日级数收敛与发散的概念级数收敛与发散的概念
3、定义定义4.2如果级数如果级数 的部分和数列的部分和数列 收敛于复数收敛于复数 S,则称则称级数收敛级数收敛,这时称这时称S为为级数的和级数的和,并记做并记做 如果如果 不收敛,则称不收敛,则称级数发散级数发散.第9页,讲稿共112张,创作于星期日复数项级数与实数项级数收敛的关系复数项级数与实数项级数收敛的关系定理二定理二 级数级数 收敛的充要收敛的充要条件是条件是 都收敛都收敛,并且并且 说明说明 复数项级数的收敛问题复数项级数的收敛问题两个实数项级数的收敛问题两个实数项级数的收敛问题 推推 论论如果级数如果级数 收敛收敛,则则 第10页,讲稿共112张,创作于星期日非绝对收敛的收敛级数称为
4、非绝对收敛的收敛级数称为条件收敛级数条件收敛级数.定义定义4.3设设 是复数项级数是复数项级数,如果正项如果正项级数级数 收敛收敛,则称级数则称级数 绝对收敛绝对收敛.绝对收敛级数的性质绝对收敛级数的性质并且并且 定理三定理三若级数若级数 绝对收敛绝对收敛,则则 也收敛也收敛,收敛收敛 第14页,讲稿共112张,创作于星期日补充补充 因为因为 所以所以综上可得综上可得:因此因此,如果如果 和和 都绝对收敛时都绝对收敛时,也也 绝对收敛绝对收敛.绝对收敛绝对收敛 和和 都绝对收敛都绝对收敛.第16页,讲稿共112张,创作于星期日例例 1 1 下列数列是否收敛下列数列是否收敛?如果收敛如果收敛,求
5、出其极限求出其极限.第17页,讲稿共112张,创作于星期日例例 2 2 下列级数是否收敛下列级数是否收敛?是否绝对收敛是否绝对收敛.第18页,讲稿共112张,创作于星期日定理定理4.4设设 是收敛数列,则其有界是收敛数列,则其有界,即即 存在存在M0,使得使得 第19页,讲稿共112张,创作于星期日1 1 幂级数的概念幂级数的概念2 2 收敛圆与收敛半径收敛圆与收敛半径 3 3 收敛半径的求法收敛半径的求法 4.2 4.2 幂幂 级级 数数4 4 幂级数的运算和性质幂级数的运算和性质 第20页,讲稿共112张,创作于星期日为为复变函数项级数复变函数项级数.为该级数的为该级数的部分和部分和.设设
6、 是定义在区域是定义在区域D上的上的复变函数列复变函数列,称称1 1 幂级数的概念幂级数的概念第21页,讲稿共112张,创作于星期日称为该级数在区域称为该级数在区域D上的上的和函数和函数.如果对如果对 下述极限存在下述极限存在则称级数则称级数 在在 点收敛点收敛,且且 是级数和是级数和.如果级数如果级数 在在D内处处收敛内处处收敛,则称其在则称其在 区域区域D内收敛内收敛.此时级数的和是函数此时级数的和是函数第22页,讲稿共112张,创作于星期日这类函数项级数称为这类函数项级数称为幂级数幂级数.当当 或或 时时,或或 的特殊情形的特殊情形函数项级数的形式为函数项级数的形式为第23页,讲稿共11
7、2张,创作于星期日定理一定理一(Abel定理定理)若级数若级数 在在 处收敛,则当处收敛,则当 时时,级数级数 绝对收敛绝对收敛;若级数若级数 在在 处发散,则当处发散,则当 时时,级数级数 发散发散.第24页,讲稿共112张,创作于星期日2 2 收敛圆与收敛半径收敛圆与收敛半径 (1)对所有的正实数都收敛对所有的正实数都收敛.级数在复平面内绝对收敛级数在复平面内绝对收敛.(2)对所有的正实数都发散对所有的正实数都发散.级数在复平面内除原点外处处发散级数在复平面内除原点外处处发散.(3)既存在使级数发散的正实数既存在使级数发散的正实数,也存在使级数收也存在使级数收 敛的正实数敛的正实数.设设
8、时时,级数收敛级数收敛;时时,级数发散级数发散.如图如图:由由 ,幂级数幂级数 收敛情况有三种收敛情况有三种:第26页,讲稿共112张,创作于星期日.收敛圆收敛圆 收敛半径收敛半径 幂级数幂级数的收敛范围是以原点为中心的圆域的收敛范围是以原点为中心的圆域.第27页,讲稿共112张,创作于星期日 幂级数幂级数的收敛范围是的收敛范围是因此,因此,事实上事实上,幂级数在收敛圆周上敛散性的讨幂级数在收敛圆周上敛散性的讨问题:问题:幂级数在收敛圆周上的敛散性如何幂级数在收敛圆周上的敛散性如何?以以 为中心的圆域为中心的圆域.收敛半径根据前面所述的三种情形收敛半径根据前面所述的三种情形,分别分别规定为规定
9、为论比较复杂论比较复杂,没有一般的结论没有一般的结论,要对具体级数要对具体级数进行具体分析进行具体分析.第28页,讲稿共112张,创作于星期日解解级数级数收敛收敛,级数级数发散发散.绝对收敛绝对收敛,且有且有在在 内内,级数级数 例例 1 1 求级数求级数 的收敛半径与和函数的收敛半径与和函数.所以收敛半径所以收敛半径第29页,讲稿共112张,创作于星期日3 3 收敛半径的求法收敛半径的求法 (3)当当 时时,收敛半径收敛半径 (1)当当 时时,收敛半径收敛半径 (2)当当 时时,收敛半径收敛半径 定理二定理二(比值法比值法)设级数设级数 如果如果则则形式上可以记为形式上可以记为第30页,讲稿
10、共112张,创作于星期日证明:证明:由于由于故知当故知当 时,时,收敛。根据上节的收敛。根据上节的定理三,级数定理三,级数 在圆在圆 内收敛。内收敛。正项级数达朗贝尔判别法第31页,讲稿共112张,创作于星期日当当 时。时。假设在圆假设在圆 外有一点外有一点z0,使级数使级数 收敛。收敛。反证法反证法 在圆外再取一点在圆外再取一点z1,使,使 ,那么根据,那么根据Abel 定理,级数定理,级数 必收敛。必收敛。然而然而所以所以这与这与 收敛相矛盾。收敛相矛盾。在圆在圆 外发散。外发散。由由z0的任意性知级数的任意性知级数第32页,讲稿共112张,创作于星期日(3)当当 时时,收敛半径收敛半径
11、(1)当当 时时,收敛半径收敛半径 (2)当当 时时,收敛半径收敛半径 定理三定理三(根值法根值法)设级数设级数 如果如果 则则形式上可以记为形式上可以记为第33页,讲稿共112张,创作于星期日例例 2 求下列幂级数的收敛半径求下列幂级数的收敛半径(并且讨论在收敛圆周上的情形);(并且讨论在收敛圆周上的情形);(并讨论并讨论z=0,2时的情形时的情形)第34页,讲稿共112张,创作于星期日由于幂级数在收敛圆的内部绝对收敛,因此由于幂级数在收敛圆的内部绝对收敛,因此 可得出下面几个定理可得出下面几个定理.定定 理理(1)设级数设级数 和和 的收敛的收敛 半径分别为半径分别为 和和 则在则在 内内
12、,4 4 幂级数的运算和性质幂级数的运算和性质第35页,讲稿共112张,创作于星期日 例例 3 设有幂级数设有幂级数 与与求求 的收敛半径的收敛半径第36页,讲稿共112张,创作于星期日(2)设级数设级数 的收敛半径为的收敛半径为 r.如果在如果在 内内,函数函数 解析解析,并且并且则当则当 时时,前面关于级数前面关于级数 的性质的性质,如果将如果将 换成换成之后之后,对于级数对于级数 当然也成立当然也成立.说明说明:上述运算常应用于将函数展开成幂级数上述运算常应用于将函数展开成幂级数.第37页,讲稿共112张,创作于星期日例例 4 4 把函数把函数 表示成形如表示成形如的幂级数的幂级数,其中
13、其中a与与b是不相等的复常数是不相等的复常数.代数变形代数变形,使其分母中出现使其分母中出现 凑出凑出 把函数把函数 写成如下的形式写成如下的形式:第38页,讲稿共112张,创作于星期日当当 即即 时时,所以所以第39页,讲稿共112张,创作于星期日补补 例例 把函数把函数 在在 的的 范围表示成形如范围表示成形如 的幂级数。的幂级数。第40页,讲稿共112张,创作于星期日定理四定理四 设幂级数设幂级数 的收敛半径为的收敛半径为R,那么那么是收敛圆:是收敛圆:内的解析函数。内的解析函数。在收敛圆内的导数可将其幂级数逐项在收敛圆内的导数可将其幂级数逐项求导得到,即求导得到,即1)它的和函数)它的
14、和函数f(z),即即第41页,讲稿共112张,创作于星期日补补 例例 把函数把函数 在在 的的 范围表示成形如范围表示成形如 的幂级数。的幂级数。第42页,讲稿共112张,创作于星期日3)f(z)在收敛圆内可以逐项积分,即在收敛圆内可以逐项积分,即或或第43页,讲稿共112张,创作于星期日4.3 4.3 泰勒泰勒级数级数第44页,讲稿共112张,创作于星期日 幂级数在收敛幂级数在收敛 圆域内收敛于解析函数。圆域内收敛于解析函数。函数是否能够展开成幂级数。函数是否能够展开成幂级数。解析解析能能第45页,讲稿共112张,创作于星期日 R为为 到到D边界的最短距离边界的最短距离 定定 理理 (Tay
15、lor展开定理展开定理)设设 在区域在区域D内解析内解析,为为D内的一点内的一点,.R(D是全平面时是全平面时,R=+),则则 在在 内可内可展开为幂级数展开为幂级数 其中其中系数系数cn按上述表示的幂级数称为按上述表示的幂级数称为在在 点的点的Taylor级数级数.第46页,讲稿共112张,创作于星期日.C.R证明证明 对对 内任意一点内任意一点z,存在存在 r0,使得使得 并且并且 以以z0为圆心为圆心,r为半径为半径作正向圆周作正向圆周由由 第47页,讲稿共112张,创作于星期日因为当因为当 时时,.C.R第48页,讲稿共112张,创作于星期日从而从而实际上积分号下的级数可在实际上积分号
16、下的级数可在C上逐项积分上逐项积分.第49页,讲稿共112张,创作于星期日50第50页,讲稿共112张,创作于星期日 R为为 到到D边界的最短距离边界的最短距离 定定 理理 (Taylor展开定理展开定理)设设 在区域在区域D内解析内解析,为为D内的一点内的一点,.R(D是全平面时是全平面时,R=+),则则 在在 内可内可展开为幂级数展开为幂级数 其中其中系数系数cn按上述表示的幂级数称为按上述表示的幂级数称为在在 点的点的Taylor级数级数.第51页,讲稿共112张,创作于星期日此定理此定理给给出了函数在出了函数在 z0点的点的邻邻域内展开成域内展开成Taylor级数的公式级数的公式,同时
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