- •Числовой ряд, основные определения и свойства.
- •Равномерная сходимость.
- •Критерий Коши равномерной сходимости.
- •Достаточный признак Абеля равномерной сходимости.
- •Переход к приделу под знаком функционального ряда.
- •Дифференцирование под знаком ряда(почленное дифференцирование).
- •Вычисление радиуса сходимости.
- •Достаточные условия разложимости функции в ряд Тейлора.
- •Свойства несобственного интеграла:
Достаточные условия разложимости функции в ряд Тейлора.
Пусть функция f(x)
на отрезке [-r ; r]
имеет производные любого порядка. По
формуле Тейлора с остатком в форме
Лагранжа
,
где
Пусть последовательность производных
равномерно ограничена :
.
Тогда для остатка справедлива оценка
равномерно, т.е. ряд Тейлора равномерно
сходится к функции f(x).
Кроме того, он сходится и абсолютно,
т.к. мажорируется сходящимся рядом
Имеющимися рассуждениями доказана
теорема, приведенная ниже.
Теорема. Если на отрезке [-r
; r] функция f(x)
бесконечно дифференцируема,
последовательность n-ых
производных равномерно ограничена, то
функция разлагается в ряд Тейлора
,
который сходится абсолютно и равномерно.
Разложение в степенной ряд функций ex, sin(x), cos(x), sh(x), ch(x).
Рассмотрим
на отрезке [-r ; r].
Так как
,
справедлива оценка для остатка
.
Рассмотрим
.
Поскольку
,
а значение sin(x),
cos(x)
достаточно знать для углов
,
так как все остальные значения вычисляются
по ним с помощью формул приведения, то
Оценка остатка будет иметь вид
.
Для косинуса те же рассуждения, что и для синуса, разница только в оценках:
Разложение для Sh(x), Ch(x) найдем вычитая и складывая половины от разложений ex , e-x:
Биноминальный ряд.
Рассмотрим ряд Тейлора для бинома f(x)=(1+x)m , x>-1, где показатель не является целым неотрицательным. Производная:
.
(2)
При n>m , x<0 не ограничена, поэтому не выполняются указанные выше достаточные условия разложимости функции в ряд Тейлора. Коэффициенты Тейлора:
Отличны от нуля при всех n
и удовлетворяют равенству
.
Ряд Тейлора для бинома
имеет вид
.
Несобственные интегралы 1-го рода.
Определение. Пусть функция f(x)
определена при
и имеет определенные интегралы
.
Эти интегралы называются частными.
Если существует конечный предел
,
то он называется несобственным
интегралом 1-го рода и обозначается
,
при этом говорят, что интеграл сходится.
В противном случае – расходится.
Свойства несобственного интеграла:
Для сходимости интеграла на луче [a ,
необходима и достаточна его сходимость
на лучах
при любом с>a. При
этом
Из сходимости
следует сходимость
.
Вычисление несобственного интеграла 1-го рода.
Метод двойной подстановки. Пусть известна такая функция F(x), что F’(x)=f(x) при , тогда
.Интегрирование по частям
Метод замены переменной.
,
тогда
Критерий Коши сходимости интеграла.
Вначале вспомним кое что из теории
пределов. Для существования конечного
предела функции F(x)
на бесконечности
)
необходимо и достаточно по критерию
Коши, чтобы |F(c)-F(b)|->0
при
.
Здесь частный интеграл
.
Теорема. Для сходимости интеграла необходимо и достаточно, чтобы
Критерий сходимости интеграла от положительной функции.
Пусть при
функция
,
тогда частный интеграл
является неубывающей функцией. По
критерию существования конечного
предела монотонной функции на
бесконечности, функция должна быть
ограниченной. Итак,
Теорема. Если , то для сходимости интеграла необходима и достаточна ограниченность множества всех частных интегралов.
Признаки сравнения интегралов от положительных функций.
Пусть при достаточно больших х
.
Тогда если
.
Доказательство. Проводится аналогично
соответствующему признаку сравнения
для числовых положительных рядов, с
применением критерия сходимости
интеграла.Пусть существует предел
.
Пусть
при достаточно больших х. Тогда если
Абсолютная сходимость и абсолютная сходимость интеграла
Определение. Интеграл
будем называть абсолютно сходящимся,
если сходится интеграл
.
Так же, как и для числовых рядов, из
абсолютной сходимости следует сходимость
(это так же доказывается по критерию
Коши). При этом справедлива оценка
.
Признаки сходимости абсолютно сходящихся интегралов.
Если существует конечный предел
сходится абсолютно, то
тоже сходится абсолютно.Если a>0 , p>1,
при достаточно больших х, то интеграл
сходится абсолютно.
Достаточный признаки сходимости Дирихле-Абеля.
Признак Абеля.
Теорема. Пусть функции f(x), g(x) определены при , причем функция f(x) непрерывна, функция g(x) гладкая. Тогда, если выполняются следующие условия:
- интеграл сходится;
- производная g’(x)
знакопостоянная при достаточно больших
х,
Тогда интеграл
сходится.
Признак Дирихле.
Теорема. Пусть функции f(x), g(x) определены при , причем f(x) – непрерывна, g(x) – гладкая. Тогда, если выполняются следующие условия:
- множество интегралов
ограничено;
- производная g’(x)
знакопостоянна при достаточно больших
х,
Тогда интеграл сходится.
Главное значение несобственного интеграла 1-го рода по Коши.
Определение. Пусть функция f(x)
определена на прямой
и интегрируема на каждом отрезке,
принадлежащем этой прямой. Будем
говорить, что функция f(x)
интегрируема по Коши, если существует
предел
.
Этот предел будем называть главным
значением несобственного интеграла
от функции f(x)
в смысле Коши и обозначать
.
Когда мы рассматривали определенные
интегралы от четных и нечетных функций
на отрезке вида [-a
; a]. Из полученных
выше результатов следует, что, если
функция f(x)-
нечетная, то
,
если f(x)-
четная, то
Несобственный интеграл 2-го рода, понятие и основные свойства.
Определение. Пусть функция f(x)
определена на полуинтервале [a
; b) и не ограничена вблизи
точки b, которую в этом
случае будем называть особой. Пусть для
любого
существуют определенные интегралы
,
которые будем называть частичными
интегралами. Если существует конечный
предел
,
то он называется несобственным
интегралом 2-го рода и обозначается
Критерий Коши сходимости несобственного интеграла 2-го рода.
Несобственный интеграл 2-го рода сходится тогда и только тогда, когда имеет место следующее утверждение:
Абсолютная сходимость и сравнение.
Определим абсолютную сходимость так же, как обычно – сходимость интеграла от модуля функции. Признаки сравнения аналогичны приведенным выше для несобственного интеграла 1-го рода. Приведенные здесь признак – это признак абсолютной сходимости, содержащий степенную функцию.
Если
,
то интеграл
абсолютно сходится. (В частности, если
).Если
,
то интеграл
расходится.
(В частности, если при
).
Так же, как и для несобственного интеграла 1-го род, дли интегралов 2-го рода могут быть сформулированы признаки Дирихле и Абеля.
Главное значение несобственного интеграла 2-го рода по Коши.
Определение. Пусть функция f(x)
определена на отрезке [a
, b], кроме, быть может,
особой точки
.
Будем говорить, что эта функция
интегрируема по Коши, если существует
.
Его значение будем называть главным
значением несобственного интеграла
от функции f(x)
в смысле Коши и будем обозначать его
.
Вычисление несобственного интеграла 2-го рода.
Метод двойной подстановки. Если
существует конечный или бесконечный
предел F(b-0),
то
.
В случае, если функция F(x)
определена и непрерывна в точке b,
то
.Метод интегрирования по частям. Смотреть формулу для определенного интеграла.
Метод замены переменной. В результате применения замены может возникнуть несобственный интеграл 1-го или 2-го рода, или определенный интеграл.
Связь между интегралами 1-го и 2-го рода.
Интегралы 1-го и 2-го рода заменой
переменной всегда могут быть сведены
друг к другу. Так, если a
– особая точка, то можно применить
подстановку
.
Если особая точка
,
а интегралы сходятся на участках
[a,c],[c,b],
тогда, по определению,
.
В случае расходимости одного из последних
двух интегралов, интеграл на отрезке
[a,b]
также расходится.
