Интервал и радиус сходимости

Рассмотрим функцию . Ее областью определения является множество тех значений x, при которых ряд сходится. Область определения такой функции называется интервалом сходимости.

Если интервал сходимости представляется в виде , где R > 0, то величина R называется радиусом сходимости. Сходимость ряда в конечных точках интервала проверяется отдельно.

Радиус сходимости можно вычислить, воспользовавшись радикальным признаком Коши, по формуле

или на основе признака Даламбера:

КОШИ - АДАМАРА ТЕОРЕМА

пусть задан степенной ряд

Если то ряд (1) сходится только в точке z=a; если то ряд (1) абсолютно сходится в круге радиуса

и расходится вне этого круга при если то ряд (1) абсолютно сходится при всех Содержание К. - А. т. выражается, таким образом, формулой Коши - Адамара (2), к-рую при этом следует понимать в расширенном смысле, включая равенства Иначе говоря, содержание К.- А. т. состоит в том, что внутренность множества точек (абсолютной) сходимости ряда (1) есть круг радиуса (2). В случае действительного степенного ряда (1) формула (2) определяет радиус интервала сходимости В основном К.- А. т. была высказана О. Коши (A. Cauchy) в его лекциях [1], опубликованных в 1821, полную ясность в формулировку и доказательство внес Ж. Адамар [2]. Для степенных рядов

но n комплексным переменным обобщением формулы Коши - Адамара является следующее соотношение:

к-рому удовлетворяют сопряженные радиусы сходимости r₁..., r_n ряда (3) (см. Круг сходимости). Записав соотношение (4) в виде получают уравнение, определяющее границу нек-рой логарифмически выпуклой кратно круговой области с центром а, к-рая и является внутренностью множества точек абсолютной сходимости ряда (3) при n>1.

Свойства степенных рядов

Степенной ряд (1.2) представляет собой функцию , определенную в интервале сходимости, т. е.

.

Приведем несколько свойств функции.

Свойство 1. Функция является непрерывной на любом отрезке , принадлежащем интервалу сходимости.

Свойство 2. Функция дифференцируема на интервале, и ее производная может быть найдена почленным дифференцированием ряда (1.2), т. е.

,

для всех .

Свойство 3. Неопределенный интеграл от функции для всех может быть получен почленным интегрированием ряда (1.2), т. е.

для всех.

Следует отметить, что при почленном дифференцировании и интегрировании степенного ряда его радиус сходимости R не меняется, однако его сходимость на концах интервала может измениться.

Приведенные свойства справедливы также и для степенных рядов (1.1).

Пример 2.1. Рассмотрим степенной ряд

.

Область сходимости этого ряда, как показано в примере 1.1, есть промежуток.

Почленно продифференцируем этот ряд:

.(2.1)

По свойству 2 интервал сходимости полученного степенного ряда (2.1) есть интервал.

Исследуем поведение этого ряда на концах интервала сходимости, т. е. при и при.

При степенной ряд (2.1) превращается в числовой ряд

.

Этот числовой ряд расходится, так как не выполняется необходимый признак сходимости : , который не существует.

При степенной ряд (2.1) превращается в числовой ряд

,

который также расходится, так как не выполняется необходимый признак сходимости.

Следовательно, область сходимости степенного ряда, полученного при почленном дифференцировании исходного степенного ряда, изменилась и совпадает с интервалом.