Степенные ряды и их область сходимости.




Прежде всего, изучите разделы 11.1 и 11.2 пособия “Математический анализ” (файл Мат.ан.2013.pdf) – с. 97 - 99.

Все определения, утверждения и доказательства этих разделов приводятся для случая вещественной переменной, но они практически дословно переносятся на случай комплексной переменной. Неравенство вида

на числовой прямой определяет интервал, а на комплексной плоскости – круг радиуса , поэтому понятие “интервал сходимости” для случая комплексной переменной превращается в “круг сходимости”.

Итак, перенос изложенного в указанных разделах материала на случай комплексной переменной позволяет получить следующее утверждение.

Областью сходимости степенного ряда от комплексной переменной является круг , точнее ряд абсолютно сходится во всех точках внутри этого круга и расходится во всех точках вне круга (поведение на границе круга может быть разным).

В частности, возможны крайние случаи, когда область сходимости фактически перестает быть кругом: при область сходимости представляет собой единственную точку , а при - всю комплексную плоскость.

Если записать степенной ряд в более общем виде, подставив вместо переменной z ее разность с фиксированной точкой , то областью сходимости такого ряда будет круг с центром в точке , определяемый неравенством .

Итак, область сходимости степенного ряда определяется единственным числом – его радиусом сходимости . Вычислять радиус сходимости можно по формуле, доказанной в Предложении 11.1 в конце раздела 11.2 пособия. В некоторых случаях более удобно пользоваться другой формулой, основанной на признаке Даламбера. Выведем эту формулу для наиболее общего вида степенного ряда.

Предложение 11.1а. Пусть для степенного ряда существует . Если , то (при ); если , то .

Доказательство. Рассмотрим ряд из модулей общих членов исходного ряда = = и применим к этому ряду признак Даламбера. Для этого вычислим . Если K = 0, то этот предел равен 0 при любом z, и по признаку Даламбера исходный ряд абсолютно сходится на всей комплексной плоскости (). Если , то абсолютной сходимости ряда нет ни при каком z (кроме ), и значит . При конечном значении по признаку Даламбера ряд абсолютно сходится при , а при абсолютной сходимости нет. Таким образом, круг сходимости ряда определяется неравенством , это и значит, что .

 

Определение. Функция комплексной переменной, которая может быть представлена в виде суммы степенного ряда называется аналитической внутри круга сходимости этого ряда.

Например, любой многочлен является аналитической функцией на всей комплексной плоскости (так как он фактически представляет собой степенной ряд с конечным числом членов, который совпадает со своими частичными суммами с достаточным числом слагаемых, и поэтому везде сходится).

Еще один пример – функция . Согласно формуле суммы членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии при справедливо равенство , поэтому данная функция является аналитической в круге .



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-12-05 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: