Следствия теоремы Абеля.
1. Если степенной ряд
расходится в точке z2 №
z0 , то он расходится и при " z: |z-z0|>|z2-z0
|. (Предполагая противное, получим, что по тереме Абеля
ряд должен сходится в " круге радиуса r <|z-z0 |, в частности и в точке z
2 , что противоречит условию.).
2. Круг сходимости. Радиус сходимости. Рассмотрим s
up|z1-z0 |=R для "
z1 , где ряд сходится- точную верхнюю грань расстояний от
точки z 0 до точек z 1 в которых сходится ряд cn(z-z0)n . Если R, то
для " z2: |z2-z0
|>R ряд расходится. R=inf|z 2-z0 |=R для
" z2 , где ряд расходится. ПустьR>0, тогда
наибольшей областью сходимости степенного ряда является
круг |z-z 0|<R - круг сходимости степенного
ряда, число R>0- радиус сходимости степенного ряда. Внутри
круга сходимости ряд сходится, вне- расходится, в точках границы
|z-z0 |=R может как сходиться, так и
расходиться.
3.Формула
Коши-Адамара. R=1/L, L=
Доказательство. Пусть 0<L<. Имеем:
1) Т.к. L=, то для "
e>0$ N, что для "
n> N <L+ e .
2) С другой стороны, для того же
"e>0 $
много членов последовательности {}: >L- e .
Надо
доказать:
a) Для " z1:
|z1-z0 |<R=1/L (или что то же самое L|z
1-z0 |<1) ряд сходится.
b) Для " z2: |z2-z0|>R=1/L
(L|z1-z0 |>1) ряд расходится.
Докажем это.
a)
Возьмем произвольную z 1: L|z1-z0 |<1 и
выберем e
=(1-L|z1-z0|)/2|z1-z0 |,
тогда
L+ e
=(1+L|z1-z0|)/2|z1-z0 |. Т.к.
для " n>N:<L+ e
=>|z1-z0|<(1-L|z1-z0|)/2=q<1.=>
|cn(z1-z0)n|<qn - ряд
сходится.
b) Выберем e
=(L|z2-z0|-1)/|z2-z0| =>
L- e =1/|z2-z0 |. Т.к. длячисла членов >L- e
=> |z2-z0|>1=>
|cn(z2-z0)n |>1- ряд расходится.
n
Случай L=0 : "e>0$ N, что для "
n>N < e . Положим для "
z и 0<q<1 e =q/|z-z0|
=>|z-z0|<q
=>|cn(z1-z0)n|<qn -
ряд сходится для " z, т.е R==1/0=1/L.
Случай L=: для " M
> 0$ много
членов {
}: >M. "e>0$ N, что для
"
n>N < e . Положим
для " zz0 иq>1
M=q/|z-z0| => $ много
членов |z-z 0|>1
=>|cn(z1-z0)n |>1- ряд расходится для " zz0 , т.еR=0=1/ =1/L
4. В "
круге |z-z 0| r <R степенной ряд сходится равномерно. => По теореме Вейерштрасса cn(z-z0)n=f(z)C(|z-z0|<R).
5. По теореме Вейерштрасса степенной ряд внутри круга
сходимости можно дифференцировать и интегрировать почленно любое число раз. При этом радиус сходимости не меняется !
6.
cn(z-z0)n=f(z)=>
c0=f(z0), cn+1(n+1)(z-z0)n=f'(z)=>
c1=f'(z0)…
cn+k(n+k)!(z-z0)n=f(k)(z)=>
ck=f(k)(z0)/k!
7. Пример.
(z-z0)n : "
cn=1 => R=1.
Sn=[1-(z-z0)n+1]/[1-(z-z0)];
|z-z0 |<1 и
Sn=1/[1-(z-z0)]. => (z-z0)n=1/[1-(z-z0 )]- Формула суммы бесконечной геометрической прогрессии.
Итак
cn(z-z0)n=> f(z)C(|z-z0 |<R). Можно ли
функции, аналитической внутри некоторого круга, сопоставить степенной ряд,
сходящийся в этом круге к данной функции?
Ответ на этот вопрос дает
2. Теорема
Тейлора.
Теорема Тейлора.
Если f(z) C(|z-z0 |<R), то $! степенной ряд
cn(z-z0)n =>f(z) при |z-z 0|<R.
Доказательство . Возьмем " z: |z-z0 |<R и построим C
R' с центром в точке z 0 и содержащую точку z
внутри: для "xО CR' : | x -z0|=R', R'<R, | x -z0|>|z-z0 |. Т.к. f(z) C(|z-z0|<R' ), то по формуле Коши f(z)= ; |
cn==f(n)(z0 )/n!, что
и доказывает $ и
единственность разложения. n
Замечания. 1 )
Разложение функции f(z)= cn(z-z0)n называют разложением функции в ряд Тейлора.
2) По теореме Коши
cn=
, где C- произвольный кусочно-гладкий контур,
содержащий внутри себя точку z 0.
Назад | Вверх | Вперед |