Стандартными методами, но зашли в тупик с очередным примером.

В чём состоит трудность и где может быть загвоздка? Отложим в сторону намыленную верёвку, спокойно проанализируем причины и ознакомимся с практическими приёмами решения.

Первое, и самое главное : в подавляющем большинстве случаев для исследования сходимости ряда необходимо применить какой-нибудь знакомый способ, но общий член ряда набит настолько хитрой начинкой, что совершенно не очевидно, что с ней делать. И вы ходите по кругу: не срабатывает первый признак, не годится второй, не получается третьим, четвёртым, пятым методом, потом черновики отбрасываются в сторону и всё начинается заново. Обычно это связано с недостатком опыта или пробелами в других разделах математического анализа. В частности, если запущены пределы последовательностей и поверхностно разобраны пределы функций , то придётся туго.

Иными словами, человек просто не видит нужный приём решения в силу недостатка знаний или опыта.

Бывает виновато и «затмение», когда, например, элементарно не выполнен необходимый признак сходимости ряда, но по незнанию, невнимательности либо небрежности это выпадает из поля зрения. И получается как в той байке, где профессор математики решил детскую задачку с помощью диких рекуррентных последовательностей и числовых рядов =)

В лучших традициях сразу живые примеры: ряды и их родственники – расходятся, так как в теории доказаны пределы последовательностей . Скорее всего, в первом семестре из вас вытрясут душу за доказательство на 1-2-3 страницы, но сейчас вполне достаточно показать невыполнение необходимого условия сходимости ряда, сославшись на известные факты. Известные? Если студент не знает, что корень энной степени – штука чрезвычайно мощная, то, скажем, ряды поставят его в тупик. Хотя решение, как дважды два: , т.е. по понятной причине оба ряда расходятся. Скромного комментария «данные пределы доказаны в теории» (или даже вовсе его отсутствия) вполне хватит для зачёта, всё-таки выкладки достаточно тяжёлые и относятся они точно не к разделу числовых рядов.

А изучив ближайшие примеры, вы будете только удивляться краткости и прозрачности многих решений:

Пример 1

Исследовать сходимость ряда

Решение : прежде всего, проверяем выполнение необходимого признака сходимости . Это не формальность, а отличный шанс расправиться с примером «малой кровью».

«Осмотр места происшествия» наводит на мысль о расходящемся ряде (случай обобщенного гармонического ряда), но опять же возникает вопрос, как учесть логарифм в числителе?

Примерные образцы оформления задач в конце урока.

Не редкость, когда приходится проводить двухходовое (а то и трёхходовое) рассуждение:

Пример 6

Исследовать сходимость ряда

Решение : сначала аккуратно разбираемся с тарабарщиной числителя. Последовательность – ограничена: . Тогда:

Сравним наш ряд с рядом . В силу только что полученного двойного неравенства, для всех «эн» будет выполнено:

Теперь сравним ряд с расходящимся гармоническим рядом .

Знаменатель дроби меньше знаменателя дроби , поэтому сама дробь – больше дроби (распишите несколько первых членов, если не понятно). Таким образом, для любого «эн»:

А значит, по признаку сравнения ряд расходится вместе с гармоническим рядом.

Если немного видоизменить знаменатель: , то первая часть рассуждений будет аналогична: . Но вот для доказательства расходимости ряда уже применим только предельный признак сравнения, так как неравенство неверно.

Ситуация со сходящимися рядами «зеркальна», то есть, например, для ряда можно использовать оба признака сравнения (неравенство справедливо), а для ряда – только предельный признак (неравенство неверно).

Продолжаем наше сафари по дикой природе, где на горизонте замаячило стадо грациозных и сочных антилоп:

Пример 7

Исследовать сходимость ряда

Решение : необходимый признак сходимости выполняется, и мы снова задаёмся классическим вопросом: что делать? Перед нами нечто напоминающее сходящийся ряд , однако, чёткого правила тут нет – такие ассоциации зачастую обманчивы.

Зачастую, да не в этот раз. С помощью предельного признака сравнения сравним наш ряд со сходящимся рядом . В ходе вычисления предела используем замечательный предел , где в качестве бесконечно малой величины выступает :

сходится вместе с рядом .

Вместо применения стандартного искусственного приёма домножения и деления на «тройку», можно было изначально провести сравнение со сходящимся рядом .
Но здесь желательна оговорка, что константа-множитель общего члена не влияет на сходимость ряда. И как раз в таком стиле оформлено решение следующего примера:

Пример 8

Исследовать сходимость ряда

Образец в конце урока.

Пример 9

Исследовать сходимость ряда

Решение : в предыдущих примерах мы пользовались ограниченностью синуса, но сейчас это свойство оказывается вне игры. Знаменатель дроби более высокого порядка роста , чем числитель, поэтому при аргумент синуса и весь общий член бесконечно малЫ . Необходимое условие сходимости, как понимаете, выполнено, что не позволяет нам отлынивать от работы.

Проведём разведку: в соответствии с замечательной эквивалентностью , мысленно отбросим синус и получим ряд . Ну а уж такое-то….

Оформляем решение:

Сравним исследуемый ряд с расходящимся рядом . Используем предельный признак сравнения:

Заменим бесконечно малую эквивалентной: при .

Получено конечное число, отличное от нуля, значит, исследуемый ряд расходится вместе с гармоническим рядом.

Пример 10

Исследовать сходимость ряда

Это пример для самостоятельного решения.

Для планирования дальнейших действий в подобных примерах здОрово помогает мысленное отбрасывание синуса, арксинуса, тангенса, арктангенса. Но помните, такая возможность существует лишь при бесконечно малом аргументе, не так давно мне попался провокационный ряд:

Пример 11

Исследовать сходимость ряда
.

Решение : здесь бесполезно использовать ограниченность арктангенса, и эквивалентность тоже не работает. Выход неожиданно прост:


Исследуемый ряд расходится , так как не выполнен необходимый признак сходимости ряда.

Вторая причина «затыка на задании» состоит в приличной навороченности общего члена , что вызывает затруднения уже технического характера. Грубо говоря, если рассмотренные выше ряды относятся к разряду «фиг догадаешься», то эти – к категории «хрен решишь». Собственно, это и называют сложностью в «обычном» понимании. Далеко не каждый правильно разрулит несколько факториалов, степеней, корней и прочих обитателей саванны. Больше всего проблем доставляют, конечно же, факториалы:

Пример 12

Исследовать сходимость ряда

Как возвести факториал в степень? Легко. По правилу действий со степенями, необходимо возвести в степень каждый множитель произведения:

И, конечно же, внимание и ещё раз внимание, сам-то по себе признак Даламбера работает традиционно:

Таким образом, исследуемый ряд сходится .

Напоминаю рациональную методику устранения неопределённости : когда понятен порядок роста числителя и знаменателя – совсем не обязательно мучаться и раскрывать скобки.

Пример 13

Исследовать сходимость ряда

Зверь очень редкий, но встречается, и было бы несправедливым обойти его объективом камеры.

Что такое факториал с двойным восклицательным знаком? Факториал «накручивает» произведение положительных чётных чисел:

Аналогично, факториал «накручивает» произведение положительных нечётных чисел:

Проанализируйте, в чём состоит отличие от и

Пример 14

Исследовать сходимость ряда

А в этом задании постарайтесь не запутаться со степенями, замечательными эквивалентностями и замечательными пределами .

Образцы решений и ответы в конце урока.

Но студент достаётся на корм не только тиграм – свою добычу выслеживают и хитрые леопарды:

Пример 15

Исследовать сходимость ряда

Решение : практически мгновенно отпадают необходимый признак сходимости, предельный признак, признаки Даламбера и Коши. Но хуже всего, что бессилен неоднократно выручавший нас признак с неравенствами. Действительно, сравнение с расходящимся рядом невозможно, так как неравенство неверно – множитель-логарифм только увеличивает знаменатель, уменьшая саму дробь по отношению к дроби . И другой глобальный вопрос: а почему мы вообще изначально уверены, что наш ряд непременно обязан расходиться и его нужно сравнивать с каким-либо расходящимся рядом? Вдруг он вообще сходится?

Интегральный признак? Несобственный интеграл навевает траурное настроение. Вот если бы у нас был ряд … тогда да. Стоп! Так и рождаются идеи. Оформляем решение в два шага:

1) Сначала исследуем сходимость ряда . Используем интегральный признак :

Подынтегральная функция непрерывна на

Таким образом, ряд расходится вместе с соответствующим несобственным интегралом.

2) Сравним наш ряд с расходящимся рядом . Используем предельный признак сравнения:

Получено конечное число, отличное от нуля, значит, исследуемый ряд расходится вместе с рядом .

И в таком решении нет ничего необычного или творческого – так и надо решать!

Предлагаю самостоятельно оформить следующую двухходовку:

Пример 16

Исследовать сходимость ряда

Студент с некоторым опытом в большинстве случаев сразу видит, сходится ряд или расходится, но, бывает, что хищник ловко маскируется в кустах:

Пример 17

Исследовать сходимость ряда

Решение : на первый взгляд вообще не понятно, как ведёт себя этот ряд. А если перед нами туман, то логично начать с черновой проверки необходимого условия сходимости ряда. В целях устранения неопределённости используем непотопляемый метод умножения и деления на сопряженное выражение :

Необходимый признак сходимости не сработал, но вывел на чистую воду нашего тамбовского товарища. В результате выполненных преобразований получен эквивалентный ряд , который в свою очередь сильно напоминает сходящийся ряд .

Записываем чистовое решение:

Сравним данный ряд со сходящимся рядом . Используем предельный признак сравнения:

Умножим и разделим на сопряженное выражение:

Получено конечное число, отличное от нуля, значит, исследуемый ряд сходится вместе с рядом .

Возможно, у некоторых возник вопрос, откуда на нашем африканском сафари появились волки? Не знаю. Завезли, наверное. Следующую трофейную шкуру добывать вам:

Пример 18

Исследовать сходимость ряда

Примерный образец решения в конце урока

И, наконец, ещё одна мысль, которая в отчаянии посещает многих студентов: а не использовать ли более редкий признак сходимости ряда ? Признак Раабе, признак Абеля, признак Гаусса, признак Дирихле и прочие неведомые зверушки. Идея рабочая, но в реальных примерах осуществляется очень редко. Лично я за все годы практики лишь 2-3 раза прибегнул к признаку Раабе , когда действительно ничего не помогло из стандартного арсенала. Полностью воспроизвожу ход своего экстремального квеста:

Пример 19

Исследовать сходимость ряда

Решение : Безо всяких сомнений признак Даламбера. В ходе вычислений активно использую свойства степеней, а также второй замечательный предел :

Вот тебе и раз. Признак Даламбера не дал ответа, хотя ничего не предвещало такого исхода.

Пошерстив справочник, я нашёл доказанный в теории малоизвестный предел и применил более сильный радикальный признак Коши:

Вот тебе и два. И, главное, совершенно не понятно, сходится ряд или расходится (крайне редкая для меня ситуация). Необходимый признак сравнения? Без особых надежд – даже если немыслимым образом разберусь с порядком роста числителя и знаменателя, то это ещё не гарантирует вознаграждения.

Полный даламбер, но самое скверное, что ряд нужно решить. Нужно. Ведь это будет первый случай, когда я сдамся. И тут мне вспомнилось, что вроде существуют ещё какие-то более сильные признаки. Передо мной был уже не волк, не леопард и не тигр. Это был огромный слон, размахивающий большим хоботом. Пришлось взять в руки гранатомёт:

Признак Раабе

Рассмотрим положительный числовой ряд .
Если существует предел , то:
а) При ряд расходится . Причём полученное значение может быть нулевым или отрицательным
б) При ряд сходится . В частности, ряд сходится при .
в) При признак Раабе не даёт ответа .

Составляем предел и бережно-аккуратно упрощаем дробь:


Да, картина, мягко говоря, неприятная, но я уже не удивился.Подобные пределы раскалываются с помощью правила Лопиталя , и первая мысль, как потом выяснилась, оказалось правильной. Но сначала я где-то час крутил-вертел предел «обычными» методами, однако неопределённость не желала устраняться. А ходьба по кругу, как подсказывает опыт – типичный признак того, что выбран неверный способ решения.

Пришлось обратиться к русской народной мудрости: «Если ничего не помогает, прочитайте инструкцию». И когда я открыл 2-й том Фихтенгольца, то к великой радости обнаружил исследование идентичного ряда . И дальше пошло решение по образцу.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 8 Комплексные числовые ряды Рассмотрим числовой ряд с комплексными числами вида k a, (46) где (a k) - заданная числовая последовательность с комплексными членами k Ряд (46) называется сходящимся, если сходится последовательность (S) его частичных сумм S a k k При этом предел S последовательности (S) называется суммой ряда (46) Ряд a k называется -м остатком ряда (46) Для сходящегося k ряда S S r и lm r, те ε > N, N: r < ε Для сходящегося ряда (46) необходимым и достаточным признаком его сходимости является критерий Коши: ряд (46) сходится тогда и только тогда, если ε >, N, N: a < ε p k k Необходимым условием сходимости ряда (46) является требование lm a Действительно, из сходимости ряда (46) следует, согласно критерию Коши, что ε >, N >, что при p, следует, что S S < ε Если сходится ряд ak k a (47) с действительными положительными членами, то очевидно, сходится и ряд (46), который в этом случае называется абсолютно сходящимся А для ряда (47) уже можно применить признаки Даламбера и Коши: ряд (47) сходится, если, начиная с a некоторого номера N соотношение l < a, N значит, сходится абсолютно ряд (46)), если a q <, N k ; и ряд (47) сходится (а,

2 9 Функциональные ряды и их свойства Равномерная сходимость Теорема Вейерштрасса Пусть в области G комплексной плоскости Z определена бесконечная последовательность однозначных функций ((Z)) Выражение вида U U (48) будем называть функциональным рядом Ряд (48) называется сходящимся в области G, если Z G соответствующий ему числовой ряд сходится Если ряд (48) сходится в области G, то в этой области можно определить однозначную функцию, значение которой в каждой точке области G равно сумме соответствующего числового ряда (48) в области G Тогда G, > k () U k () < ε Заметим, что в общем случае N зависит и от ε и от Определение Если ε >, N(ε), N(ε): ε, N (ε,), N(ε,) : выполняется сразу области G k U k < ε G, то ряд (48) называется равномерно сходящимся в k k Если остаток ряда обозначить r U, то тогда условие равномерной сходимости ряда (48) можем записать в виде: r < ε, N(ε), G Достаточным признаком равномерной сходимости ряда (48) является признак Вейерштрасса: Если всюду в области G члены функционального ряда (48) могут быть мажорированы членами некоторого абсолютно сходящегося числового ряда a, те

3 a U, G, (49) то ряд (48) сходится равномерно N Действительно, тк ряд a сходится, то > В силу (49) в G имеет место неравенство ε, > k k N, что a < ε, U U a < ε при N, что и доказывает равномерную k k k k k k сходимость ряда (48) в области G Приведем некоторые теоремы о равномерно сходящихся рядах Они доказываются совершенно также, как соответствующие теоремы вещественного анализа и поэтому приведем их без доказательства Теорема 5 Если функции U непрерывны в области G, а ряд U сходится в этой области равномерно к функции, то также непрерывна в G Теорема 6 Если ряд (48) непрерывных функций U сходится равномерно в области G к функции, то интеграл от этой функции по любой кусочногладкой кривой, целиком лежащей в области G, можно вычислить путем почленного интегрирования ряда (48), те Теорема 7 Если члены d U d U сходящегося в области G ряда U имеют непрерывные производные в этой области и ряд U равномерно сходится в G, то данный ряд U можно почленно дифференцировать в области G, причем U U, где U - сумма ряда

4 Для функциональных рядов в комплексном анализе существует теорема Вейерштрасса, которая позволяет значительно усилить теорему о возможности почленного дифференцирования функционального ряда, известную из вещественного анализа Прежде чем сформулировать и доказать ее, заметим, что ряд U, равномерно сходящийся по линии l, останется равномерно сходится и после умножения всех его членов на функцию ϕ, ограниченную на l В самом деле, пусть на линии l выполняется неравенство ϕ () < M Тогда для остатков ρ и r рядов U и U ϕ справедливо соотношение ϕ U U r < M r ρ ϕ ε и, тк N, > N: r < и одновременно с ним ρ < ε, то этим доказано M высказанное утверждение Если сумма данного ряда есть S, то сумма ряда, полученного после умножения на ϕ, очевидно будет ϕ S Теорема 8 (Вейерштрасса) Если члены ряда - аналитические в некоторой области G функции и этот ряд сходится в области G равномерно, то его сумма также является функцией аналитической в G, ряд можно почленно дифференцировать и полученный ряд F равномерно сходится к () F Выберем любую внутреннюю точку области G и построим круг столь малого радиуса с центром в этой точке, чтобы он целиком лежал внутри G (рис) В силу равномерной сходимости данного ряда в G, G ρ Рис он, в частности, равномерно сходится на окружности этого круга Пусть - любая точка на Умножим ряд () () () () () (5) на величину Полученный ряд

5 также равномерно сходится к своей сумме () () () () (), тк функция (5) ограничена на, ибо для точек этой окружности ρ - радиусу окружности (напомним: - здесь постоянная) Тогда по сказанному выше ряд (5) можно почленно интегрировать: () d () d () d d π π π π В силу аналитичности функций, к ним можно применить формулу Коши, на основании которой получаем () d π, (5) а сумма ряда справа в (5) есть и, следовательно, получаем равенство π () d Но функция, будет суммой равномерно сходящегося ряда аналитических и, следовательно, непрерывных функций в G Значит, интеграл справа является интегралом типа Коши и, значит, он представляет функцию, аналитическую внутри и, в частности, в точке Тк - любая точка области G, то первая часть теоремы доказана Для доказательства возможности почленного дифференцирования данного ряда надо ряд (5) умножить на ограниченную на функцию выкладки и повторить Замечание Можно доказать, что ряд аналитических функций можно дифференцировать бесконечное число раз, при этом получим, что ряд сходится равномерно, причем его сумма равна (k) (k)

6 ряды вида где Степенные ряды Теорема Абеля Весьма важным случаем общих функциональных рядов являются степенные (), (53) - некоторые комплексные числа, а - фиксированная точка комплексной плоскости Члены ряда (53) являются аналитическими функциями на всей плоскости, поэтому для исследования свойств данного ряда могут быть применены общие теоремы предыдущих пунктов Как было установлено в них, многие свойства являются следствием равномерной сходимости Для определения области сходимости степенного ряда (53) существенная оказывается следующая теорема Теорема 9 (Абеля) Если степенной ряд (53) сходится в некоторой точке, то он абсолютно сходится и в любой точке, удовлетворяющей условию, причем в круге < ρ, радиусом ρ, меньшим < сходится равномерно, ряд Δ Выберем произвольную точку, удовлетворяющую условию < Обозначим q сходимости ряда следовательно M >, что M, q < В силу необходимого признака его члены стремятся к нулю при, отсюда () M M q M, Тогда, где q < (54) Ряд справа в (54) бесконечно убывающая геометрическая прогрессия со знаменателем q < Тогда из (54) следует сходимость и рассматриваемого ряда

7 ρ < достаточно в силу признака Вейерштрасса (53) В круге построить сходящийся числовой ряд, можорирующий данный ряд в рассматриваемой области Очевидно, таковым является ряд ρ M, также представляющий собой сумму бесконечной геометрической прогрессии со знаменателем, меньшим единицы Из теоремы Абеля можно вывести ряд следствий, в известной мере аналогичным следствиям из теоремы Абеля в теории степенных рядов вещественного анализа Если степенной ряд (53) расходится в некоторой точке, то он расходится и во всех точках, удовлетворяющих неравенству > Точная верхняя грань расстояний от точки, до точки, в которых сходится ряд (53) называется радиусом сходимости степенного ряда, а область <, называется кругом сходимости степенного ряда В точках границы ряд может как сходиться так и расходиться Пример Найти область сходимости ряда Δ Находим радиус сходимости по признаку Даламбера lm () и наш ряд сходится в круге < При <, те, исследуется особо В этом случае и, значит, областью абсолютной сходимости является

8 ρ < В круге любого радиуса ρ, меньшего чем радиус сходимости, степенной ряд (53) сходится равномерно 3 Внутри круга сходимости степенной ряд сходится к аналитической функции В самом деле, члены ряда u есть функции, аналитические на всей плоскости Z, ряд сходится в любой замкнутой подобласти круга сходимости Тогда по теореме Вейерштрасса сумма ряда есть аналитическая функция 4 Степенной ряд внутри круга сходимости можно почленно интегрировать и дифференцировать любое число раз, причем радиус сходимости полученных рядов равен радиусу сходимости исходного ряда 5 Коэффициенты степенного ряда (53) находятся по формулам! () () (55) Доказательство этого факта приводится методами, аналогичными методам вещественного анализа Ряд Тейлора Теорема Тейлора Нули аналитических функций Итак степенной ряд внутри круга сходимости определяет некоторую аналитическую функцию Возникает вопрос: можно ли функции, аналитической внутри некоторого круга, сопоставить степенной ряд, сходящийся в этом круге к данной функции? < Теорема 9 (Тейлора) Функция, аналитическая внутри круга, может быть представлена в этом круге сходящимся степенным рядом, причем этот ряд определен однозначно

9 Выберем произвольную точку внутри круга ρ ρ < и построим окружность ρ точке радиусом < с центром в ρ (рис), содержащую точку внутри Такое построение возможно для любой точки внутри этого круга Так как < ρ, а внутри круга < Рис аналитична, то по формуле Коши имеем π ρ () d (56) Преобразуем подынтегральное выражение: (57) <, то < Так как Поэтому второй сомножитель справа в (57) можно представить как сумму степенного ряда (прогрессии), ту которая первый член есть, а знаменатель прогрессии есть Так как, те () () (58) ρ, то ряд (58) сходится равномерно по, так как он мажорируется сходящимся числовым рядом Подставляя (58) в (56) и интегрируя почленно, получаем ρ (< ρ)

10 Введем обозначение () d () ρ π () d () π ρ () и перепишем (59) в виде сходящегося в выбранной точке степенного ряда: (59) (6) () (6) В формуле (6) окрестность ρ можно заменить, в силу теоремы Коши, любым замкнутым контуром, лежащем в области < и содержащим точку внутри Так как - произвольная точка данной области, то отсюда следует, что ряд (6) сходится к круге ρ < этот ряд сходится равномерно Итак, функция всюду внутри круга < аналитическая внутри круга <, причем в разлагается в этом круге в сходящийся степенной ряд Коэффициенты разложения (6) на основании формулы Коши для производных аналитической функции имеет вид () d () π ρ () ()! (6) Для доказательства единственности разложения (6) допустим, что имеет еще место формула разложения (), (6)

11 где также бы один коэффициент <, поэтому на основании формулы (55) Ряд (6) сходящимся в круге () () (6) Тем самым единственность определения коэффициентов доказана Разложение функции, аналитической в круге! <, что совпадает с, в сходящийся степенной ряд (6), часто называется разложением Тейлора, а сам ряд (6) Рядом Тейлора Доказанная теорема устанавливает взаимнооднозначное соответствие между функцией, аналитической в окрестности некоторой точки и степенным рядом с центром в этой точке, это означает эквивалентность конкретной аналитической функции, как функции бесконечное число раз дифференцируемой и функцией, представимой в виде суммы степенного ряда G и Заметим, наконец, что, если функция является аналитической в области G - внутренняя точка, то радиус сходимости ряда Тейлора () () () этой функции не меньше расстояния от точки до! границы области G (имеется в виду ближайшее расстояние) Пример Разложить в ряд Тейлора по степеням Δ Эта функция является аналитической на всей комплексной плоскости за исключением точек, Поэтому в круге < функция может быть ± разложена в ряд Тейлора При условии < выражение рассматриваться как сумма бесконечно убывающей прогрессии может q, q < Поэтому

12 , < Пример 3 Найти разложение в ряд Тейлора в круге < Определение по формуле (6) здесь довольно затруднительно Поэтому, представим π Так как < и <, то, используя геометрическую, получаем q q, Используя показательную форму чисел и находим окончательно 4 s π (63) Тк расстояние от центра разложения до ближайших особых точек (те до границы аналитичности) есть, то радиус сходимости ряда (63) есть Рис X Y

13 4 4 3 Пример <, 4 3 < Ближайшей к центру разложения особой точкой является точка, до которой расстояние равно, поэтому В заключение приведем основные разложения: e (<)!! 3! cos! 4 3 4! ; (<)! ; s () m 3 3! 5 5! m m m!! (<) ()! ; m(m)(m)! ; l 3 3 () 4 (<) Если для аналитической функции (), то точка называется нулем аналитической функции В этом случае разложение функции в ряд Тейлора в окрестности точки имеет вид () () тк () Если в разложении функции окрестности точки и, следовательно, разложение имеет вид, в ряд Тейлора в,

14 то точка () (), (64) называется нулем функции Если, то нуль называется простым го порядка, или кратности Из формул для коэффициентов ряда Тейлора видим, что если точка является нулем порядка, то где () () Разложение (64) можно переписать в виде, но () () () [ () ] () ϕ, ϕ () (), () ϕ, и круг сходимости этого ряда, очевидно, тот же, что и у ряда (64) Справедливо и обратное утверждение где Всякая функция вида - целое, ϕ () и нуль порядка Пример 5 Точки ± () ϕ, ϕ аналитична в точке, имеет в этой точке для функции го порядка, тк () () e (4) ϕ 3 4 e являются нулями, причем (±) Пример 6 Найти порядок нуля для функции 8 s Разложим знаменатель по степеням: 3 3! 8 5 5! ! 5! 3! 5 5! ϕ

15 5 ϕ, где ϕ, причем ϕ и точке функции 3!, так что точка 5! ϕ аналитична в является нулем 5-го порядка для исходной Ряд Лорана и его область сходимости Разложение аналитической функции в ряд Лорана Рассмотрим ряд вида () где - фиксированная точка комплексной плоскости, (65) - некоторые комплексные числа Ряд (65) носит название ряда Лорана Установим его область сходимости Для этого представим (65) в виде () () (66) () Ясно, что областью сходимости ряда (66) является общая часть областей сходимости каждого из слагаемых правой части (66) Областью сходимости ряда () является круг с центром в точке некоторого радиуса, причем в частности, может равняться нулю или бесконечности Внутри круга сходимости этот ряд сходится к некоторой аналитической функции комплексной переменной, те (), < (67)

16 Для определения области сходимости ряда переменной, положив () () Тогда этот ряд примет вид совершим замену - обычный степенной ряд, сходящийся внутри своего круга сходимости к некоторой аналитической функции ϕ () комплексной переменой Пусть радиус сходимости полученного степенного ряда есть r Тогда ϕ, < r Возвращаясь к старой переменной и полагая ϕ () () (68), > r Отсюда следует, что областью сходимости ряда область, внешняя к окружности r, получаем (69) () является Итак, каждый из степенных рядов правой части (66) сходится в своей области сходимости в соответствующей аналитической функции Если r <, то существует общая область сходимости этих рядов круговое кольцо r < <, в которой ряд (65) сходится к аналитической функции (), r < < (7) Так как ряды (67) и (68) являются обычными степенными рядами, то в указанной области функция обладает всеми свойствами суммы степенного ряда Это означает, что ряд Лорана сходится внутри своего кольца сходимости к некоторой функции, аналитической в данном кольце

17 Если r >, то ряды (67) и (68) общей области сходимости не имеют, тем самым в этом случае ряд (65) нигде не сходится к какой-либо функции Отметим, что ряд регулярной частью ряда (7), а Пример 7 Разложить - главной частью ряда (65) () а) < < ; б) > ; в) < < называется правильной частью или в ряд Лорана в кольцах: Во всех кольцах функция регулярна (аналитична) и поэтому может быть представлена рядом Лорана (доказательство этого факта в следующем пункте) Перепишем функцию в виде а) Так как <, то второе слагаемое есть сумма убывающей геометрической прогрессии Поэтому () Здесь главная часть состоит из одного слагаемого < б) в этом случае, поэтому () 3

18 В этом разложении отсутствует регулярная часть < в) Для случая < функцию также надо привести к сходящейся геометрической прогрессии, но со знаменателем Это даст: 3 Заметим, что в главной части этого разложения присутствует одно слагаемое Возникает вопрос: можно ли функции аналитической в некотором круговом кольце, сопоставить ряд Лорана, сходящийся к этой функции в данном кольце? На этот вопрос отвечает Теорема Функция, аналитическая в круговом кольце < <, однозначно представляется в этом кольце сходящимся рядом Лорана дробь На Рис 3 Δ Зафиксируем произвольную точку внутри данного кольца и контурами окружности и с центром в, радиусы которых удовлетворяют условиям < < < < < (рис 3) Согласно формуле Коши для многосвязной области имеем π () d () выполняется неравенство q, можно представить в виде d (7) Поэтому

19 Проведем в (7) почленное интегрирование, что возможно в силу равномерной сходимости ряда по, получим d π, (7) где d π, (73) Так как на выполняется неравенство, то аналогично предыдущему имеем Тогда в результате почленного интегрирования этого ряда в (7) будем иметь π π d d, (при d), (74) где d π (75) Изменив направление интегрирования в (75), получим

20 π () () d ()() d π, > (76) В силу аналитичности подынтегральных функций в (73) и (76) в круговом кольце < < в соответствии с теоремой Коши значения интегралов не изменятся при произвольной деформации контуров интегрирования в области аналитичности Это позволяет объединить формулы (73) и (76): π () d (), ±, ±, (77) где - произвольный замкнутый контур, лежащий в указанном кольце и содержащий точку внутри Возвратимся теперь к формуле (7), получим где коэффициенты () (), (78) () для всех определяются однообразной формулой (77) Так как - люба точка кольца < <, то отсюда следует, что ряд (78) сходится к внутри данного кольца причем в замкнутом кольце < < ряд сходится к равномерно Доказательство единственности разложения (78) опускаем Из полученных результатов следует, что областью сходимости ряда (78) Лорана является круговое кольцо < <, на границах которого имеется хотя бы по одной особой точке аналитической функции ряд (78), к которой сходится Замечание Формула (77) для определения коэффициентов разложения в ряд Лорана (78) не всегда практически удобна Поэтому часто прибегают к разложению рациональной дроби на простейшие с использованием геометрической прогрессии, а также используют разложение в ряд Тейлора элементарные функции Приведем примеры

21 Пример 8 Разложить ряд Лорана (те по степеням) Y в окрестности точки ()() в Δ В данном случае построим два круговых кольца с центром в точке (рис 4): а) круг «без центра» < < ; Рис 4 X б) внешность круга > В каждом из этих колец аналитична, а на границах имеет особые точки Разложим в каждой из этих областей функцию по степеням) < < ; ; [ () () () ] () < Этот ряд сходится, так как Так что ()() () () () (), ; >) Здесь имеем 3, () () () () () - сходящийся ряд, так как <

22 s В итоге ()() () () те, 3, 3 Пример 9 Разложить в ряд Лорана в окрестности точки функцию Δ Имеем:, s s s cos cos s s! cos 4 () () 3 4! 3! () 5! () (s cos)!! 5

Тема Комплексные числовые ряды Рассмотрим числовой ряд k ak с комплексными числами вида Ряд называется сходящимся, если сходится последовательность S его частичных сумм S a k k. При этом предел S последовательности

Тема Функциональные комплексные ряды Определение. Если выполняется сразу k, N, N U k G сходящимся в области G., то ряд называется равномерно Достаточным признаком равномерной сходимости ряда является признак

ЛЕКЦИЯ N37. Ряды аналитических функций. Разложение аналитической функции в степенной ряд. Ряд Тейлора. Ряд Лорана..Разложение аналитической функции в степенной ряд.....ряд Тейлора.... 3.Разложение аналитической

Модуль Тема Функциональные последовательности и ряды Свойства равномерной сходимости последовательностей и рядов Степенные ряды Лекция Определения функциональных последовательностей и рядов Равномерно

Лекция 7 Ряды Тейлора и Лорана 7. Ряд Тейлора В этой части мы увидим, что понятия степенного ряда и аналитической функции определяют один и тот же объект: любой степенной ряд с положительным радиусом сходимости

Математический анализ Раздел: Теория функций комплексного переменного Тема: Ряды в комплексной плоскости Лектор Янущик О.В. 217 г. 9. Ряды в комплексной плоскости 1. Числовые ряды Пусть задана последовательность

5 Степенные ряды 5 Степенные ряды: определение, область сходимости Функциональный ряд вида (a + a) + a () + K + a () + K a) (, (5) где, a, a, K, a,k некоторые числа, называют степенным рядом Числа

Федеральное агентство по образованию Московский Государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ по курсу ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА Числовые

Функциональные ряды Лекции 7-8 1 Область сходимости 1 Ряд вида u () u () u () u (), 1 2 u () где функции определены на некотором промежутке, называется функциональным рядом. Множество всех точек,

ЛЕКЦИЯ N38. Поведение аналитической функции в бесконечности. Особые точки. Вычеты функции..окрестность бесконечно удаленной точки.....разложение Лорана в окрестности бесконечно удаленной точки.... 3.Поведение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им НИ Лобачевского НП Семерикова АА Дубков АА Харчева РЯДЫ АНАЛИТИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

Министерство образования Республики Беларусь УО «Витебский государственный технологический университет» Тема. «Ряды» Кафедра теоретической и прикладной математики. разработана доц. Е.Б. Дуниной. Основные

В.В. Жук, А.М. Камачкин 1 Степенные ряды. Радиус сходимости и интервал сходимости. Характер сходимости. Интегрирование и дифференцирование. 1.1 Радиус сходимости и интервал сходимости. Функциональный ряд

Тема Ряд Лорана и его область сходимости. Рассмотрим ряд вида n C n n C n n n n C n n где - фиксированная точка комплексной плоскости, - некоторые комплексные числа. C n Этот ряд называется рядом Лорана.

ЛЕКЦИЯ N 7. Степенные ряды и ряды Тейлора..Степенные ряды..... Ряд Тейлора.... 4.Разложение некоторых элементарных функций в ряды Тейлора и Маклорена.... 5 4.Применение степенных рядов.... 7.Степенные

Математический анализ Раздел: Числовые и функциональные ряды Тема: Степенные ряды. Разложение функции в степенной ряд Лектор Рожкова С.В. 3 г. 34. Степенные ряды Степенным рядом рядом по степеням называется

4 Ряды аналитических функций 4. Функциональные последовательности Пусть Ω C и f n: Ω C. Последовательность функций {f n } сходится поточечно к функции f: Ω C, если для каждого z Ω lim n f n(z) = f(z).

Функциональные ряды Функциональный ряд его сумма и область функциональног о Пусть в области Δ вещественных или комплексных чисел дана последовательность функций k (k 1 Функциональным рядом называется

Лекции подготовлены доц Мусиной МВ Определение Выражение вида Числовые и функциональные ряды Числовые ряды: основные понятия (), где называется числовым рядом (или просто рядом) Числа, члены ряда (зависят

Числовые ряды Числовая последовательность Опр Числовой последовательностью называют числовую ф-цию, определенную на множестве натуральных чисел х - общий член последовательности х =, х =, х =, х =,

Гл Степенные ряды a a a Ряд вида a a a a a () называется степенным, где, a, постоянные, называемые коэффициентами ряда Иногда рассматривают степенной ряд более общего вида: a a(a) a(a) a(a) (), где

Лекция 8 Ряды и особые точки. Ряд Лорана. Изолированные особые точки. 6. Ряды и особые точки 6.7. Ряд Лорана Теорема (П. Лоран): Если функция f () аналитична в кольце r< a < R r R то она может быть разложена

Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Р. М. Гаврилова, Г. С. Костецкая Методические

Тема 9 Степенные ряды Степенным рядом называется функциональный ряд вида при этом числа... коэффициентами ряда, а точка разложения ряда.,...,... R... называются центром Степенные ряды Общий член степенного

4 Функциональные ряды 4 Основные определения Пусть задана бесконечная последовательность функций с общей областью определения X u), u (), K, u (),K (ОПРЕДЕЛЕНИЕ Выражение u) + u () + K + u () +

Лекция 3 Ряды Тейлора и Маклорена Применение степенных рядов Разложение функций в степенные ряды Ряды Тейлора и Маклорена Для приложений важно уметь данную функцию разлагать в степенной ряд, те функцию

Лекция 6 Разложение функции в степенной ряд Единственность разложения Ряды Тейлора и Маклорена Разложение в степенной ряд некоторых элементарных функций Применение степенных рядов В предыдущих лекциях

Металлургический факультет Кафедра высшей математики РЯДЫ Методические указания Новокузнецк 5 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ряды Лорана Более общим типом степенных рядов являются ряды, содержащие как положительные, так и отрицательные степени z z 0. Как и ряды Тейлора, они играют важную роль в теории аналитических функций.

Ряды Числовые ряды Общие понятия Опр Если каждому натуральному числу ставится в соответствие по определенному закону некоторое число, то множество занумерованных чисел, называется числовой последовательностью,

С А Лавренченко wwwlwrecekoru Лекция Функциональные ряды Понятие функционального ряда Ранее мы изучали числовые ряды, т е членами ряда были числа Сейчас мы переходим к изучению функциональных рядов, т

Тема Ряд Лорана и его область сходимости. Ряд вида где C (z z) n = C (z z) n + n n n= n= z плоскости, - фиксированная точка комплексной C n называется рядом Лорана. C n (z z) n= - некоторые комплексные

Лекция. Функциональные ряды. Определение функционального ряда Ряд, членами которого являются функции от x, называется функциональным: u = u (x) + u + K+ u + K = Придавая x определенное значение x, мы

ТЕОРИЯ РЯДОВ Теория рядов является важнейшей составной частью математического анализа и находит как теоретические, так и многочисленные практические приложения. Различают ряды числовые и функциональные.

Радиус сходимости Определение. Степенным рядом называется функциональный ряд вида c 0 + c (t a) + c 2 (t a) 2 + + c (t a) + = c (t a), () где c 0, c, c 2,..., c,... C называются коэффициентами степенного

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ В.М. Любимов, Е.А. Жукова, В.А. Ухова, Ю.А. Шуринов М А Т Е М А Т И К А Р Я Д Ы ПОСОБИЕ по изучению дисциплины и контрольные задания

82 4. Раздел 4. Функциональные и степенные ряды 4.2. Занятие 3 4.2. Занятие 3 4.2.. Разложение функции в ряд Тейлора ОПРЕДЕЛЕНИЕ 4.2.. Пусть функция y = f(x) бесконечно дифференцируема в некоторой окрестности

Лекция. Степенные ряды. Гармонический анализ; ряды и преобразование Фурье. Свойство ортогональности.8. Общие функциональные ряды.8.. Уклонение функций Ряд U + U + U называется функциональным, если его

Старков В.Н. Материалы к установочной лекции Вопрос 9. Разложение аналитических функций в степенные ряды Определение. Функциональный ряд вида (((... (..., где комплексные постоянные (коэффициенты ряда

Сгупс кафедра высшей математики Методические указания к выполнению типового расчета «Ряды» Новосибирск 006 Некоторые теоретические сведения Числовые ряды Пусть u ; u ; u ; ; u ; есть бесконечная числовая

Е занятие. Ряды Тейлора. Суммирование степенных рядов Матем. анализ, прикл. матем., 3-й семестр Найти разложения функции в степенной ряд по степеням, вычислить радиус сходимости степенного ряда: A f()

Глава Ряды Формальная запись суммы членов некоторой числовой последовательности Числовые ряды называется числовым рядом Суммы S, называются частичными суммами ряда Если существует предел lim S, S то ряд

Практическое занятие 8 Вычеты 8 Определение вычета 8 Вычисление вычетов 8 Логарифмический вычет 8 Определение вычета Пусть изолированная особая точка функции в изолированной особой Вычетом аналитической

~ ~ ФКП Производная функции комплексного переменного ФКП условия Коши - Римана понятие регулярности ФКП Изображение и вид комплексного числа Вид ФКП: где действительная функция двух переменных действительная

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТНЫМ ЗАДАНИЯМ ПО КУРСУ ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКИ «ОБЫКНОВЕННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ РЯДЫ ДВОЙНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ» ЧАСТЬ Ш ТЕМА РЯДЫ Оглавление Ряды Числовые ряды Сходимость и расходимость

Федеральное агентство по образованию Архангельский государственный технический университет строительный факультет РЯДЫ Методические указания к выполнению задания для самостоятельной работы Архангельск

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ФУНКЦИЙ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ ОПЕРАЦИОННОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ В результате изучения данной темы студент должен научиться: находить тригонометрическую и показательную формы комплексного числа по

Математический анализ Часть 3. Числовые и функциональные ряды. Кратные интегралы. Теория поля. учебное пособие Н.Д.Выск МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского Кафедра «Высшая математика» МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Лекция 3. Вычеты. Основная теорема о вычетах Вычетом функции f() в изолированной особой точке а называется комплексное число равное значению интеграла f () 2 взятого в положительном направлении i по окружности

Числовые и степенные ряды Занятие. Числовые ряды. Сумма ряда. Признаки сходимости.. Вычислить сумму ряда. 6 Решение. Сумма членов бесконечной геометрической прогрессии q равна, где q - знаменатель прогрессии.

С А Лавренченко wwwlawreceoru Лекция Представление функций рядами Тейлора Один полезный предел На прошлой лекции была разработана следующая стратегия: по достаточному условию представимости функции рядом

М. В. Дейкалова КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ Вопросы к экзамену (группа МХ-21, 215) Вопросы первого коллоквиума 1 1. Дифференцируемость функции комплексного переменного в точке. Условия Коши Римана (Даламбера Эйлера).

Вариант Задача Вычислить значение функции ответ дать в алгебраической форме: а sh ; б l Решение а Воспользуемся формулой связи между тригонометрическим синусом и гиперболическим синусом: ; sh -s Получим

Лекция Числовые ряды Признаки сходимости Числовые ряды Признаки сходимости Бесконечное выражение числовой последовательности + + + +, составленное из членов бесконечной, называется числовым рядом Числа,

4. Функциональные ряды, область сходимости Областью сходимости функционального ряда () называется множество значений аргумента, для которых этот ряд сходится. Функция (2) называется частичной суммой ряда;

Лекция 3 Теорема существования и единственности решения скалярного уравнения Постановка задачи Основной результат Рассмотрим задачу Коши d f () d =, () = Функция f (,) задана в области G плоскости (,

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра высшей математики ЧИСЛОВЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЯДЫ Методические указания для

{функциональные ряды степенные ряды область сходимости порядок нахождения интервала сходимости - пример радиус интервала сходимости примеры } Пусть задана бесконечная последовательность функций, Функциональные

С А Лавренченко wwwlawrecekoru Лекция Представление функций степенными рядами Введение Представление функций степенными рядами оказывается полезным при решении следующих задач: - интегрирование функций

Е занятие. Степенные ряды. Ряды Тейлора Матем. анализ, прикл. матем., 3-й семестр Найти радиус сходимости степенного ряда, используя признак Даламбера: (89 () n n (n!)) p (n +)! n= Ряд Тейлора f(x)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РЯДЫ. Числовые ряды. Основные определения Пусть дана бесконечная последовательность чисел Выражение (бесконечная сумма) a, a 2,..., a n,... a i = a + a 2 + + a n +... () i= называется числовым рядом. Числа

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра математической статистики ЧИСЛОВЫЕ РЯДЫ Учебно-методическое пособие КАЗАНЬ 008 Печатается по решению секции Научно-методического совета Казанского университета

Министерство образования и науки Российской Федерации ВА Волков РЯДЫ ИНТЕГРАЛ ФУРЬЕ Учебное электронное текстовое издание Для студентов специальностей 4865 Электроника и автоматика физических установок;

џ. Понятие числового ряда. Пусть задана последовательность чисел a, a 2,..., a,.... Числовым рядом называется выражение a = a + a 2 +... + a +... (.) Числа a, a 2,..., a,... называются членами ряда, a

Методическая разработка Решение задач по ТФКП Комплексные числа Операции над комплексными числами Комплексная плоскость Комплексное число можно представить в алгебраической и тригонометрической экспоненциальной

Сибирский математический журнал Июль август, 2005. Том 46, 4 УДК 517.53 УСЛОВИЯ СХОДИМОСТИ ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫХ ДРОБЕЙ ПРИ УЗЛАХ, ОТДЕЛЕННЫХ ОТ ОСОБЫХ ТОЧЕК ФУНКЦИИ А. Г. Липчинский Аннотация: Рассматривается

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) АА ЗЛЕНКО, CА ИЗОТОВА, ЛА МАЛЫШЕВА РЯДЫ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к самостоятельной работе по математике МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ

Ряды с комплексными членами.

19.3.1. Числовые ряды с комплексными членами. Все основные определения сходимости, свойства сходящихся рядов, признаки сходимости для комплексных рядов ничем не отличаются от действительного случая.

19.3.1.1. Основные определения . Пусть дана бесконечная последовательность комплексных чисел . Действительную часть числа будем обозначать , мнимую - (т.е. .

Числовой ряд - запись вида .

Частичные суммы ряда :

Определение. Если существует предел S последовательности частичных сумм ряда при , являющийся собственным комплексным числом, то говорят, что ряд сходится; число S называют суммой ряда и пишут или .

Найдём действительные и мнимые части частичных сумм: , где символами и обозначены действительная и мнимая части частичной суммы. Числовая последовательность сходится тогда и только тогда, когда сходятся последовательности, составленные из её действительной и мнимой частей. Таким образом, ряд с комплексными членами сходится тогда и только тогда, когда сходятся ряды, образованные его действительной и мнимой частями.

Пример.

19.3.1.2. Абсолютная сходимость.

Определение. Ряд называется абсолютно сходящимся , если сходится ряд , составленный из абсолютных величин его членов.

Так же, как и для числовых действительных рядов с произвольными членами, можно доказать, что если сходится ряд , то обязательно сходится ряд . Если ряд сходится, а ряд расходится, то ряд называется условно сходящимся.

Ряд - ряд с неотрицательными членами, поэтому для исследования его сходимости можно применять все известные признаки (от теорем сравнения до интегрального признака Коши).

Пример. Исследовать на сходимость ряд .

Составим ряд из модулей (): . Этот ряд сходится (признак Коши ), поэтому исходный ряд сходится абсолютно.

19.1.3.4. Свойства сходящихся рядов. Для сходящихся рядов c комплексными членами справедливы все свойства рядов с действительными членами:

Необходимый признак сходимости ряда. Общий член сходящегося ряда стремится к нулю при .

Если сходится ряд , то сходится любой его остаток, Обратно, если сходится какой-нибудь остаток ряда, то сходится и сам ряд.

Если ряд сходится, то сумма его остатка после n -го члена стремится к нулю при .

Если все члены сходящегося ряда умножить на одно и то же число с , то сходимость ряда сохранится, а сумма умножится на с .

Сходящиеся ряды (А ) и (В ) можно почленно складывать и вычитать; полученный ряд тоже будет сходиться, и его сумма равна .

Если члены сходящегося ряда сгруппировать произвольным образом и составить новый ряд из сумм членов в каждой паре круглых скобок, то этот новый ряд тоже будет сходиться, и его сумма будет равна сумме исходного ряда.

Если ряд сходится абсолютно, то при любой перестановке его членов сходимость сохраняется и сумма не изменяется.

Если ряды (А ) и (В ) сходятся абсолютно к своим сумма и , то их произведение при произвольном порядке членов тоже сходится абсолютно, и его сумма равна .

19.3.2. Степенные комплексные ряды.

Определение. Степенным рядом с комплексными членами называется ряд вида

где - постоянные комплексные числа (коэффициенты ряда), - фиксированное комплексное число (центр круга сходимости). Для любого численного значения z ряд превращается в числовой ряд с комплексными членами, сходящийся или расходящийся. Если ряд сходится в точке z , то эта точка называется точкой сходимости ряда. Степенной ряд имеет по меньшей мере одну точку сходимости - точку . Совокупность точек сходимости называется областью сходимости ряда.

Как и для степенного ряда с действительными членами, все содержательные сведения о степенном ряде содержатся в теореме Абеля.

Теорема Абеля. Если степенной ряд сходится в точке , то

1. он абсолютно сходится в любой точке круга ;

2. Если этот ряд расходится в точке , то он расходится в любой точке z , удовлетворяющей неравенству (т.е. находящейся дальше от точки , чем ).

Доказательство дословно повторяет доказательство раздела 18.2.4.2. Теорема Абеля для ряда с действительными членами.

Из теоремы Абеля следует существование такого неотрицательного действительного числа R , что ряд абсолютно сходится в любой внутренней точке круга радиуса R с центром в точке , и расходится в любой точке вне этого круга. Число R называется радиусом сходимости , круг - кругом сходимости . В точках границы этого круга - окружности радиуса R с центром в точке - ряд может и сходиться, и расходиться. В этих точках ряд из модулей имеет вид . Возможны такие случаи:

1. Ряд сходится. В этом случае в любой точке окружности ряд сходится абсолютно.

2. Ряд расходится, но его общий член . В этом случае в некоторых точках окружности ряд может сходиться условно, в других - расходиться, т.е. каждая точка требует индивидуального исследования.

3. Ряд расходится, и его общий член не стремится к нулю при . В этом случае ряд расходится в любой точке граничной окружности.

19.4.1. Числовые ряды с комплексными членами. Все основные определения сходимости, свойства сходящихся рядов, признаки сходимости для комплексных рядов ничем не отличаются от действительного случая.

19.4.1.1. Основные определения . Пусть дана бесконечная последовательность комплексных чисел z 1 , z 2 , z 3 , …, z n , … .Действительную часть числа z n будем обозначать a n , мнимую - b n

(т.е. z n = a n + i b n , n = 1, 2, 3, …).

Числовой ряд - запись вида .

Частичные суммы ряда : S 1 = z 1 , S 2 = z 1 + z 2 , S 3 = z 1 + z 2 + z 3 , S 4 = z 1 + z 2 + z 3 + z 4 , …,

S n = z 1 + z 2 + z 3 + … + z n , …

Определение. Если существует предел S последовательности частичных сумм ряда при
, являющийся собственным комплексным числом, то говорят, что ряд сходится; число S называют суммой ряда и пишут S = z 1 + z 2 + z 3 + … + z n + … или
.

Найдём действительные и мнимые части частичных сумм:

S n = z 1 + z 2 + z 3 + … + z n = (a 1 + i b 1) + (a 2 + i b 2) + (a 3 + i b 3) + … + (a n + i b n ) = (a 1 + a 2 + a 3 +…+ a n ) +

Где символами и обозначены действительная и мнимая части частичной суммы. Числовая последовательность сходится тогда и только тогда, когда сходятся последовательности, составленные из её действительной и мнимой частей. Таким образом, ряд с комплексными членами сходится тогда и только тогда, когда сходятся ряды, образованные его действительной и мнимой частями. На этом утверждении основан один из способов исследования сходимости рядов с комплексными членами.

Пример. Исследовать на сходимость ряд .

Выпишем несколько значений выражения : дальше значения периодически повторяются. Ряд из действительных частей: ; ряд из мнимых частей ; оба ряда сходятся (условно), поэтому исходный ряд сходится.

19.4.1.2. Абсолютная сходимость.

Определение. Ряд называется абсолютно сходящимся , если сходится ряд
, составленный из абсолютных величин его членов.

Так же, как и для числовых действительных рядов с произвольными членами, легко доказать, что если сходится ряд
, то обязательно сходится ряд (
, поэтому ряды, образованные действительной и мнимой частями ряда, сходятся абсолютно). Если ряд сходится, а ряд
расходится, то ряд называется условно сходящимся.

Ряд
- ряд с неотрицательными членами, поэтому для исследования его сходимости можно применять все известные признаки (от теорем сравнения до интегрального признака Коши).

Пример. Исследовать на сходимость ряд
.

Составим ряд из модулей ():
. Этот ряд сходится (признак Коши
), поэтому исходный ряд сходится абсолютно.

19.4. 1 . 3 . Свойства сходящихся рядов. Для сходящихся рядов c комплексными членами справедливы все свойства рядов с действительными членами:

Необходимый признак сходимости ряда. Общий член сходящегося ряда стремится к нулю при
.

Если сходится ряд , то сходится любой его остаток, Обратно, если сходится какой-нибудь остаток ряда, то сходится и сам ряд.

Если ряд сходится, то сумма его остатка после n -го члена стремится к нулю при
.

Если все члены сходящегося ряда умножить на одно и то же число с , то сходимость ряда сохранится, а сумма умножится на с .

Сходящиеся ряды (А ) и (В ) можно почленно складывать и вычитать; полученный ряд тоже будет сходиться, и его сумма равна
.

Если члены сходящегося ряда сгруппировать произвольным образом и составить новый ряд из сумм членов в каждой паре круглых скобок, то этот новый ряд тоже будет сходиться, и его сумма будет равна сумме исходного ряда.

Если ряд сходится абсолютно, то при любой перестановке его членов сходимость сохраняется и сумма не изменяется.

Если ряды (А ) и (В ) сходятся абсолютно к своим суммам
и
, то их произведение при произвольном порядке членов тоже сходится абсолютно, и его сумма равна
.

21.2 Числовые ряды (ЧР):

Пусть z 1 , z 2 ,…, z n - последовательность комплексных чисел, где

Опр 1. Выражение видаz 1 +z 2 +…+z n +…=(1)называется ЧР в комплексной области, причем z 1 , z 2 ,…, z n – члены числового ряда, z n – общий член ряда.

Опр 2. Сумма n первых членов комплексного ЧР:

S n =z 1 +z 2 +…+z n называется n-ной частичной суммой этого ряда.

Опр 3. Если существует конечный предел при nпоследовательности частичных сумм S n числового ряда, то ряд называется сходящимся , приэтом само число S называется суммой ЧР. В противном случае ЧР называется расходящимся .

Исследование сходимости ЧР с комплексными членами сводится к исследованию рядов с действительными членами.

Необходимый признак сходимости:

сходится

Опр4. ЧР называется абсолютно сходящимся , если сходится ряд из модулей членов исходного ЧР: |z 1 |+|z 2 |+…+| z n |+…=

Этот ряд называется модульным, где |z n |=

Теорема (об абсолютной сходимости ЧР): если модульный ряд , то сходится и ряд .

При исследовании сходимости рядов с комплексными членами применяют все известные достаточные признаки сходимости знакоположительных рядов с действительными членами, а именно, признаки сравнения, Даламбера, радикальный и интегральный признаки Коши.

21.2 Степенные ряды (СР):

Опр5. СР в комплексной плоскости называется выражение вида:

c 0 +c 1 z+c 2 z 2 +…+c n z n =, (4) где

c n – коэффициенты СР (комплексные или действительные числа)

z=x+iy – комплексная переменная

x, y – действительные переменные

Также рассматривают СР вида:

c 0 +c 1 (z-z 0)+c 2 (z-z 0) 2 +…+c n (z-z 0) n +…=,

Который называется СР по степеням разности z-z 0 , где z 0 фиксированное комплексное число.

Опр 6. Множество значений z, при которых СР сходится называется областью сходимости СР.

Опр 7. Сходящийся в некоторой области СР называется абсолютно (условно) сходящимся , если сходится (расходится) соответствующий модульный ряд.

Теорема (Абеля): Если СР сходится при z=z 0 ¹0 (в точке z 0), то он сходится, и притом абсолютно для всех z, удовлетворяющих условию: |z|<|z 0 | . Если же СР расходится при z=z 0 ,то он расходится при всех z, удовлетворяющих условию |z|>|z 0 |.

Из теоремы следует, что существует такое число R, называемое радиусом сходимости СР , такое, что для всех z, для которых |z|R – СР расходится.

Областью сходимости СР является внутренность круга |z|

Если R=0, то СР сходится только в точке z=0.

Если R=¥, то областью сходимости СР является вся комплексная плоскость.

Областью сходимости СР является внутренность круга |z-z 0 |

Радиус сходимости СР определяется формулами:

21.3 Ряд Тейлора:

Пусть функция w=f(z) аналитична в круге z-z 0

f(z)= =C 0 +c 1 (z-z 0)+c 2 (z-z 0) 2 +…+c n (z-z 0) n +…(*)

коэффициенты которой вычисляются по формуле:

c n =, n=0,1,2,…

Такой СР (*) называется рядом Тейлора для функции w=f(z) по степеням z-z 0 или в окрестности точки z 0 . С учетом обобщенной интегральной формулы Коши коэффициенты ряда (*) Тейлора можно записать в виде:

C – окружность с центром в точке z 0 , полностью лежащая внутри круга |z-z 0 |

При z 0 =0 ряд (*) называется рядом Маклорена . По аналогии с разложениями в ряд Маклорена основных элементарных функций действительного переменного можно получить разложения некоторых элементарных ФКП:

Разложения 1-3 справедливы на всей комплексной плоскости.

4). (1+z) a = 1+

5). ln(1+z) = z-

Разложения 4-5 справедливы в области |z|<1.

Подставим в разложение для e z вместо z выражение iz:

(формула Эйлера )

21.4 Ряд Лорана:

Ряд с отрицательными степенями разности z-z 0:

c -1 (z-z 0) -1 +c -2 (z-z 0) -2 +…+c -n (z-z 0) -n +…=(**)

Подстановкой ряд (**) превращается в ряд по степеням переменной t: c -1 t+c -2 t 2 +…+c - n t n +… (***)

Если ряд (***) сходится в круге |t|r.

Образуем новый ряд как сумму рядов (*) и (**) изменяя n от -¥ до +¥.

…+c - n (z-z 0) - n +c -(n -1) (z-z 0) -(n -1) +…+c -2 (z-z 0) -2 +c -1 (z-z 0) -1 +c 0 +c 1 (z-z 0) 1 +c 2 (z-z 0) 2 +…

…+c n (z-z 0) n = (!)

Если ряд (*) сходится в области |z-z 0 |r, то областью сходимости ряда (!) будет общая часть этих двух областей сходимости, т.е. кольцо (r<|z-z 0 |кольцом сходимости ряда .

Пусть функция w=f(z) – аналитическая и однозначная в кольце (r<|z-z 0 |

коэффициенты которой определяются по формуле:

C n = (#), где

С – окружность с центром в точке z 0 , которая полностью лежит внутри кольца сходимости.

Ряд (!) называется рядом Лорана для функции w=f(z).

Ряд Лорана для функции w=f(z) состоит из 2-х частей:

Первая часть f 1 (z)= (!!) называется правильной частью ряда Лорана. Ряд (!!) сходится к функции f 1 (z) внутри круга |z-z 0 |

Вторая часть ряда Лорана f 2 (z)= (!!!) - главная часть ряда Лорана. Ряд (!!!) сходится к функции f 2 (z) вне круга |z-z 0 |>r.

Внутри кольца ряд Лорана сходится к функции f(z)=f 1 (z)+f 2 (z). В некоторых случаях или главная, или правильная часть ряда Лорана может или отсутствовать, или содержать конечное число членов.

На практике для разложения функции в ряд Лорана обычно не вычисляют коэффициенты С n (#), т.к. она приводит к громоздким вычислениям.

На практике поступают следующим образом:

1). Если f(z) – дробно-рациональная функция, то ее представляют в виде суммы простых дробей, при этом дробь вида , где a-const раскладывают в ряд геометрической прогрессии с помощью формулы:

1+q+q 2 +q 3 +…+=, |q|<1

Дробь вида раскладывают в ряд, который получается дифференцированием ряда геометрической прогрессии (n-1) раз.

2). Если f(z) – иррациональная или трансцендентная, то используют известные разложения в ряд Маклорена основных элементарных ФКП: e z , sinz, cosz, ln(1+z), (1+z) a .

3). Если f(z) – аналитическая в бесконечно удаленной точке z=¥, то подстановкой z=1/t задача сводится к разложению функции f(1/t) в ряд Тейлора в окрестности точки 0, при этом z-окрестностью точки z=¥ считается внешность круга с центром в точке z=0 и радиусом равным r (возможно r=0).

Л.1 ДВОЙНОЙ ИНТЕГРАЛ В ДЕКАТОВЫХ КООРД.

1.1 Основные понятия и определения

1.2 Геометрический и физический смысл ДВИ.

1.3 основные свойства ДВИ

1.4 Вычисление ДВИ в декартовых координатах

Л.2 ДВИ в ПОЛЯРНЫХ КООРДИНАТАХ.ЗАМЕНА ПЕРЕМЕННЫХ в ДВИ.

2.1 Замена переменных в ДВИ.

2.2 ДВИ в полярных координатах.

Л.3Геометрические и физические приложения ДВИ.

3.1 Геометрические приложения ДВИ.

3.2 Физические приложения двойных интегралов.

1.Масса. Вычисление массы плоской фигуры.

2.Вычисление статических моментов и координат центра тяжести(центра масс) пластины.

3. Вычисление моментов инерции пластины.

Л.4ТРОЙНОЙ ИНТЕГРАЛ

4.1 ТРИ:основные понятия. Теорема существования.

4.2 Основные св-ва ТРИ

4.3 Вычисление ТРИ в декартовых координатах

Л.5 КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ ПО КООРДИНАТАМ II РОДА – КРИ-II

5.1 Основные понятия и определения КРИ-II, теорема существования

5.2 Основные свойства КРИ-II

5.3 Вычисление КРИ – II для различных форм задания дуги АВ.

5.3.1 Параметрическое задание пути интегрирования

5.3.2. Явное задание кривой интегрирования

Л. 6. СВЯЗЬ МЕЖДУ ДВИ и КРИ. СВ-ВА КРИ II-го РОДА СВЯЗАННЫЕ с ФОРМОЙ ПУТИ ИНТЕГР.

6.2. Формула Грина.

6.2. Условия (критерии) равенства нулю контурного интеграла.

6.3. Условия независимости КРИ от формы пути интегрирования.

Л. 7Условия независимости КРИ 2-го рода от формы пути интегрирования (продолжение)

Л.8 Геометрическая и физические приложения КРИ 2-го рода

8.1 Вычесление S плоской фигуры

8.2 Вычисление работы переменой силы

Л.9 Поверхностные интегралы по площади поверхности (ПВИ-1)

9.1. Основные понятия, теорема существования.

9.2. Основные свойства ПВИ-1

9.3.Гладкие поверхности

9.4.Вычисление ПВИ-1 свидением к ДВИ.

Л.10. ПОВЕРХН. ИНТЕГРАЛЫ по КООРД.(ПВИ2)

10.1. Классификация гладких поверхностей.

10.2. ПВИ-2: определение, теорема существования.

10.3. Основные свойства ПВИ-2.

10.4. Вычисление ПВИ-2

Лекция № 11.СВЯЗЬ МЕЖДУ ПВИ, ТРИ и КРИ.

11.1.Формула Остроградского-Гаусса.

11.2 Формула Стокса.

11.3. Применение ПВИ к вычислению объёмов тел.

ЛК.12 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ

12.1 Теор. Поля, осн. Понятия и определения.

12.2 Скалярное поле.

Л. 13 ВЕКТОРНОЕ ПОЛЕ (ВП) И ЕГО ХАР-КИ.

13.1 Векторные линии и векторные поверхности.

13.2 Поток вектора

13.3 Дивергенция поля. Формула Остр.-Гаусса.

13.4 Циркуляция поля

13.5 Ротор (вихрь) поля.

Л.14 СПЕЦ. ВЕКТОРНЫЕ ПОЛЯ И ИХ ХАР-КИ

14.1 Векторные дифференциальные операции 1 порядка

14.2 Векторные дифференциальные операции II – порядка

14.3 Соленоидальное векторное поле и его свойства

14.4 Потенциальное (безвихревое) ВП и его свойства

14.5 Гармоническое поле

Л.15 ЭЛЕМЕНТЫ ФУНКЦИИ КОМПЛЕКСНОГО ПЕРЕМЕННОГО. КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА(К/Ч).

15.1. К/ч определение, геометрическое изображение.

15.2 Геометрическое представление к/ч.

15.3 Операция над к/ч.

15.4 Понятие расширенной комплексной z-пл.

Л.16 ПРЕДЕЛ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКСНЫХ ЧИСЕЛ. Функция комплексного переменного (ФКП) и её приделы.

16.1. Последовательность комплексных чисел определение, критерий существования.

16.2 Арифметические свойства приделов комплексных чисел.

16.3 Функция комплексного переменного: определение, непрерывность.

Л.17 Основные элементарные ф-ции комплексного переменного (ФКП)

17.1. Однозначные элементарные ФКП.

17.1.1. Степенная ф.-ция: ω=Z n .

17.1.2. Показательная ф.-ция: ω=e z

17.1.3. Тригонометрические ф.-ции.

17.1.4. Гиперболические ф.-ции (shZ, chZ, thZ, cthZ)

17.2. Многозначные ФКП.

17.2.1. Логарифмическая ф.-ция

17.2.2. arcsin числа Z наз. число ω,

17.2.3.Обобщенная степенная показательная ф.-ция

Л.18Дифференцирование ФКП. Аналитич. ф-ия

18.1. Производная и дифференциал ФКП: основные понятия.

18.2. Критерий дифференцируемости ФКП.

18.3. Аналитическая функция

Л. 19 ИНТЕГРАЛЬНОЕ ИСЧЕСЛЕНИЕ ФКП.

19.1 Интеграл от ФКП(ИФКП):опр., сведение КРИ, теор. существ.

19.2 О существов. ИФКП

19.3 Теор. Коши

Л.20. Геометрический смысл модуля и аргумента производной. Понятие о конформном тображении.

20.1 Геометрический смысл модуля производной

20.2 Геометрический смысл аргумента производной

Л.21. Ряды в комплексной области.

21.2 Числовые ряды (ЧР)

21.2 Степенные ряды (СР):

21.3 Ряд Тейлора