- •Ряды Основные определения
- •Свойства рядов.
- •Необходимый признак сходимости ряда
- •Ряды с неотрицательными членами
- •Признаки сравнения рядов
- •Признак Даламбера
- •Признак Лейбница
- •Признак Коши (радикальный признак)
- •Интегральный признак Коши
- •Знакопеременные ряды. Знакочередующиеся ряды
- •Признак Дирихле—Абеля
- •Абсолютная и условная сходимость рядов
- •Признаки Даламбера и Коши для знакопеременных рядов
- •Свойства абсолютно сходящихся рядов
- •Функциональные последовательности
- •Функциональные ряды
- •Свойства равномерно сходящихся рядов
- •Степенные ряды.
- •Теоремы Абеля.
- •Действия со степенными рядами
- •Разложение функций в степенные ряды.
- •Если применить к той же функции формулу Маклорена
- •Решение дифференциальных уравнений с помощью степенных рядов.
- •Критерий Коши.
Решение дифференциальных уравнений с помощью степенных рядов.
С помощью степенных рядов возможно интегрировать дифференциальные уравнения.
Рассмотрим линейное дифференциальное уравнение вида:
![]()
Если все коэффициенты и правая часть этого уравнения разлагаются в сходящиеся в некотором интервале степенные ряды, то существует решение этого уравнения в некоторой малой окрестности нулевой точки, удовлетворяющее начальным условиям.
Это решение можно представить степенным рядом:
![]()
Для нахождения решения остается определить неизвестные постоянные ci.
Эта задача решается методом сравнения неопределенных коэффициентов. Записанное выражение для искомой функции подставляем в исходное дифференциальное уравнение, выполняя при этом все необходимые действия со степенными рядами (дифференцирование, сложение, вычитание, умножение и пр.)
Затем приравниваем коэффициенты при одинаковых степенях х в левой и правой частях уравнения. В результате с учетом начальных условий получим систему уравнений, из которой последовательно определяем коэффициенты ci.
Отметим, что этот метод применим и к нелинейным дифференциальным уравнениям.
Пример.
Найти решение уравнения
c
начальными условиями y(0)=1,
y’(0)=0.
Решение
уравнения будем искать в виде
![]()
![]()
![]()
Подставляем полученные выражения в исходное уравнение:
![]()
![]()
Отсюда
получаем:
![]()

………………
Получаем,
подставив начальные условия в выражения
для искомой функции и ее первой
производной:
![]()
Окончательно
получим:
![]()
Итого:
![]()
Существует и другой метод решения дифференциальных уравнений с помощью рядов. Он носит название метод последовательного дифференцирования.
Рассмотрим тот же пример. Решение дифференциального уравнения будем искать в виде разложения неизвестной функции в ряд Маклорена.
![]()
Если
заданные начальные условия y(0)=1,
y’(0)=0
подставить
в исходное дифференциальное уравнение,
получим, что
![]()
Далее
запишем дифференциальное уравнение в
виде
и будем последовательно дифференцировать
его по х.

После подстановки полученных значений получаем:
![]()
Критерий Коши.
(необходимые и достат очные условия сходимости ряда)
Для
того, чтобы последовательность
была
сходящейся, необходимо и достаточно,
чтобы для любого
существовал такой номерN,
что при n
> N
и любом p
> 0, где р – целое число, выполнялось
бы неравенство:
.
Доказательство. (необходимость)
Пусть
,
тогда для любого числа
найдется
номер N
такой, что неравенство
выполняется
при n>N.
При n>N
и любом целом p>0
выполняется также неравенство
.
Учитывая оба неравенства, получаем:
![]()
Необходимость доказана. Доказательство достаточности рассматривать не будем.
Сформулируем критерий Коши для ряда.
Для
того, чтобы ряд
был
сходящимся необходимо и достаточно,
чтобы для любого
существовал номерN
такой, что при n>N
и любом p>0
выполнялось бы неравенство
.
Однако, на практике использовать непосредственно критерий Коши не очень удобно. Поэтому как правило используются более простые признаки сходимости:
Следствие.
Если f(x)
и (х)
– непрерывные функции на интервале (a,
b]
и
то интегралы
и
ведут себя одинаково в смысле сходимости.
