- •II семестр – весенний семестр 2003 года
- •Необходимое и достаточное условия интегрируемости
- •Классы интегрируемых функций
- •Интегралы как функции множества
- •Оценки интегралов
- •Интеграл как функция верхнего предела
- •Приложение определённого интеграла
- •Площади фигур
- •Условная сходимость
- •Ряды со знакопеременными членами
- •Действия над рядами
- •Функциональные ряды и последовательности
- •Признаки равномерной сходимости
- •Степенные ряды
- •Понятие о рядах Фурье
- •Функции нескольких переменных
- •Последовательности точек
- •Дифференцирование функций нескольких переменных
- •Производные и дифференциалы высших порядков
- •Зависимость функций
Ряды со знакопеременными членами
Ряд
,
где
называется знакопеременным
рядом.
Признак Лейбница: Пусть
не возрастает,
при
.
Тогда
сходится.
Рассмотрим
.
Имеем
,
т.е.
не убывает. Далее,
,
т.е.
ограничена сверху. Следовательно,
существует конечный
.Т.к.
и
,
то
,
т.е.
сходится.
Если
,
где
,
то
.
Заметим, что
,
т.е.
.
Следовательно,
или
для
.
Т.е.
при
,
откуда видно, что
.
Признак Дирихле: Если
для
,
монотонна,
при
,
то
сходится.
Обозначим
и оценим
(пусть, например,
)
(т.к.
и
,
то
).
Теперь возьмём
.
Т.к.
при
,
то
для
будет
.
Тогда для
и
натуральных будет
.
Отсюда по критерию Коши
сходится.
Признак Абеля: Пусть
сходится.
монотонна и ограничена.
Тогда сходится.
Т.к.
монотонна и ограничена, то существует
конечный
,
т.е.
при
,
к тому же, т.к.
сходится, то
ограничены. Наконец, имеем
– сходится, т.к.
сходится по условию, а
сходится по признаку Дирихле.
Действия над рядами
Лемма: Пусть
сходится:
и
– некоторая перестановка
.
Тогда
тоже сходится и
.
Т.к.
и
,
то
.
Заметим, что
и рассмотрим
.
Тогда
,
где
,
т.е.
ограничена сверху, следовательно,
сходится:
.
Т.к. все
,
то и
.
Повторяя все эти рассуждения для
и считая его перестановкой
,
получим, что
.
Если
сходится абсолютно и
– любая перестановка
,
то
сходится абсолютно, причём
.
Абсолютная сходимость следует из применения леммы к рядам
и
.Обозначим
– положительные члены
,
взятые в их прежнем порядке,
– модули отрицательных членов
,
взятые в их прежнем порядке. Заметим,
что
,
где
таково, что в
находятся все
.
Но
сходится, следовательно,
для m
и, значит,
,
откуда следует, что
сходится:
.
Аналогично для
– он сходится и равен Q.
Теперь рассмотрим
при
,
т.к. при этом
и
,
следовательно,
.
Теперь рассмотрим
.
Т.к.
и
– перестановка
и
,
то они сходятся к тем же суммам:
,
а, значит,
,
т.е.
.
Для абсолютно сходящегося
ряда
.
Очевидно, что для неабсолютно сходящегося
и
.
Теорема Римана: Если
неабсолютно (условно) сходится, то для
можно так переставить члены
,
что полученный ряд будет сходиться к
A.
Пусть
и
абсолютно сходятся. Тогда ряд
,
составленный из всех попарных произведений
членов рядов
и
,
тоже абсолютно сходится, причём
.
Рассмотрим
,
где
.
Т.к.
и
ограничены, то для n
и m
тоже ограничена, следовательно,
сходится, т.е.
сходится абсолютно. Значит, при
перестановке его членов сумма его не
меняется, следовательно, для вычисления
её достаточно взять какую-то конкретную
перестановку и посчитать предел
подпоследовательности частичных сумм.
Например:
.
Тогда, если обозначить
,
,
то
.
Часто располагают
.
Функциональные ряды и последовательности
Пусть на множестве E
задана последовательность функций
.
Говорят, что
на E
по точкам, если для
,
т.е. для
и
для
будет
.
Пусть на множестве E
задана последовательность функций
.
Говорят, что
(равномерно сходится к
на E),
если для
для
будет
сразу
для
.
Обозначим
.
Тогда
на E
тогда и только тогда, когда
при
.
Пусть при , т.е. для
для
будет
сразу для
,
т.е.
.Пусть на E. Возьмём . Тогда
при
и сразу при
будет
,
откуда
,
что равносильно тому, что
лежат в -полоске
вокруг
.
Пусть на множестве E
задан ряд
.
Говорят, что
равномерно сходится к
сумме
на E
,
если
,
т.е. для
для
будет
сразу для
.
Простейшие свойства:
Если
,
то
.
(Следует из того, что
для
и
)Если
и
,
то
.
Возьмём
.
Тогда
для
и
будет
.
Тогда для
и
будет
,
т.е.
.
Очевидно, что эти свойства справедливы и для рядов.
