kaoyan1basic 高等数学 第582题

教材习题

📝 题目

### 第582题 幂级数 $\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{x^{n}}{n\left[4^{n}+(-3)^{n}\right]}$ 的收敛半径 $R=$ 583幂级数 $\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{1}{n}+\frac{1}{2^{n}}\right) x^{n}$ 的收敛域为 $\_\_\_\_$ ,和函数 $S(x)=$ $\_\_\_\_$ . $\_\_\_\_$ ,收敛域为 $\_\_\_\_$ . ◯纠错笔记

💡 答案解析

**答案**:$R=4$;收敛域$[-1,1)$;和函数$\displaystyle S(x)=-\ln(1-x)+\frac{x}{2-x}$ **解析**: 步骤1:求收敛半径。$\displaystyle \lim_{n\to\infty}\sqrt[n]{\frac{1}{n[4^n+(-3)^n]}}=\frac14$,故$R=4$。 步骤2:对$\displaystyle \sum\left(\frac1n+\frac1{2^n}\right)x^n$,$\displaystyle \lim_{n\to\infty}\sqrt[n]{\frac1n+\frac1{2^n}}=1$,$R=1$。在$x=1$处,$\displaystyle \sum(\frac1n+\frac1{2^n})$发散(调和级数);在$x=-1$处,$\displaystyle \sum((-1)^n\frac1n+\frac{(-1)^n}{2^n})$收敛(交错级数),故收敛域$[-1,1)$。 步骤3:和函数$\displaystyle S(x)=\sum_{n=1}^\infty\frac{x^n}{n}+\sum_{n=1}^\infty\frac{x^n}{2^n}=-\ln(1-x)+\frac{x/2}{1-x/2}=-\ln(1-x)+\frac{x}{2-x}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:求第582题幂级数的收敛半径
计算系数绝对值的n次根极限:\lim_{n\to\infty}\sqrt[n]{\frac{1}{n[4^n+(-3)^n]}} = \frac14,故收敛半径R=4。
公式:R = \frac{1}{\limsup_{n\to\infty}\sqrt[n]{|a_n|}}
提示:注意4^n占主导,(-3)^n可忽略。
步骤 2/4
目标:求第583题幂级数的收敛半径
计算系数绝对值的n次根极限:\lim_{n\to\infty}\sqrt[n]{\frac1n+\frac1{2^n}} = 1,故收敛半径R=1。
公式:R = \frac{1}{\limsup_{n\to\infty}\sqrt[n]{|a_n|}}
提示:当n→∞时,1/n的n次根趋于1,1/2^n的n次根趋于1/2,取大者。
步骤 3/4
目标:判断第583题幂级数在端点x=1和x=-1处的收敛性
在x=1处,级数为\sum(\frac1n+\frac1{2^n}),调和级数发散,故发散;在x=-1处,级数为\sum((-1)^n\frac1n+\frac{(-1)^n}{2^n}),由莱布尼茨判别法,交错调和级数收敛,且\sum\frac{(-1)^n}{2^n}绝对收敛,故收敛。因此收敛域为[-1,1)。
公式:莱布尼茨判别法:若a_n单调递减趋于0,则\sum(-1)^n a_n收敛。
提示:注意x=-1时,两项均收敛,整体收敛。
步骤 4/4
目标:求第583题幂级数的和函数
将级数拆分为两部分:\sum_{n=1}^\infty\frac{x^n}{n} = -\ln(1-x),收敛域(-1,1];\sum_{n=1}^\infty\frac{x^n}{2^n} = \frac{x/2}{1-x/2} = \frac{x}{2-x},收敛域(-2,2)。取交集得(-1,1),再考虑端点,和函数S(x) = -\ln(1-x) + \frac{x}{2-x},收敛域[-1,1)。
公式:\sum_{n=1}^\infty\frac{x^n}{n} = -\ln(1-x),\sum_{n=1}^\infty x^n = \frac{x}{1-x}
提示:注意第二个级数需将x/2代入几何级数公式。

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