级数
复数项级数
任意级数收敛的必要条件
n→∞limzn=0
任意级数收敛的充要条件
对于 $$z_n=x_n+iy_n$$ 级数 ∑i=0∞xi 与 ∑i=0∞yn 均收敛
条件收敛与绝对收敛
- 若 ∑i=0∞∣zi∣ 收敛, 则 ∑i=0∞zi 收敛, 成为绝对收敛
- 若仅有 ∑i=0∞zi 收敛, 则称为条件收敛
- 注意 ∣zi∣ 为取模运算
判别法补充
比阶判别法
n→∞limnpan=l
n→∞liman∼n→∞limn−p
- 级数 ∑n1 发散
- 要求极限结果 l 存在
- p>10≤l<∞ 级数收敛
- p≤10<l≤∞ 级数发散
- 通过寻找 an 的等价无穷小判断p
莱布尼兹判别法
an 为正项级数 当 ∣an∣ 严格单调递减且收敛于0时有
∑(−1)nan=S
收敛, 且S≤a0
幂级数
S=i=0∑∞Ci(z−z0)i
收敛半径
存在一个正整数 R 使得
- 级数 S 在 C:∣z−z0∣=R 内绝对收敛
- 在 C 外发散
- 在 C 上敛散性不确定
- 级数条件收敛的点必定在 C 上
收敛半径求法
- 比值法
n→∞lim∣CnCn+1∣=λ=R1
- 根值法
n→∞limnCn=λ=R1
- 注意 Cn 为幂级数的常数项, 计算时不可将幂级数项整个带入
幂级数性质
- 幂级数的和函数 f(z) 在收敛圆内部解析
- 幂级数的和函数 f(z) 在收敛圆内可以逐项积分与求导
- 两个幂级数相加/乘中, 收敛半径为两级数收敛半径中较小的
- 对于 zn=cosn 的收敛半径即可拆分为 2ein 与 2e−in
泰勒级数
泰勒定理
设 f(z) 于 D 内解析, D 内一点 z0 到边界的最短距离为 R, 则在 C:∣z−z0∣=R 内部满足
f(z)=n=0∑∞Cn(z−z0)i
其中
Cn=n!1f(n)(z0)
形式与实变函数相同, 注意系数 n!1 当函数能在 z0 的领域内展开, 表明函数在 z0 解析
泰勒展开
重要展开
ez=n=0∑∞n!zn
1−z1=n=0∑∞zn(∣z∣<1)
展开方法
- 对于 z0=0 的情况下注意将 z−z0 视为一个整体
- 求复杂泰勒展开时, 可对各项积分/求导, 积分时以 z0 为下限
- 注意 (1−z1)′=−(1−z)2−1=(1−z)21
- 当 f(z) 于 D 内有奇点时, R 为 D 内一点 z0 到边界或奇点的最短距离
- 展开前提出 z−z0 前的常数项, 指数函数将指数加减化为系数, 三角函数则使用公式展开
- 可以将完整的 (z−z0)n 作为常数项提出后再展开
洛朗级数
设函数在圆环 R1<∣z−z0∣<R2 处处解析, 则函数满足
f(z)=n=−∞∑∞Cn(z−z0)n
Cn=2πi1∮C(ξ−z0)n+1f(ξ)dξ
- 与高阶求导公式不同, Cn 可以取负值
- 联系泰勒级数, 泰勒级数中导数还要除去 n!, 因此 Cn 也在高阶求导公式基础上除去了 n!
洛朗级数展开
- 泰勒级数为洛朗级数的特殊情况, 展开方法相同
- 洛朗级数中还允许直接将 z−z01 视为整体展开
- 展开 f(z) 先找出所有奇点, 并对展开区域分段为 R1<∣z−z0∣<R2 保证奇点均在环上(环上的点不会被取到)
- 使用 1−z1 作为展开公式时, 保证 z−z0<1 否则将 z−z01 作为展开项
- 当 f(z) 有奇点 0 时(即展开点 z0 为奇点), 最小的环域为 0<∣z−z0∣<R0
- 在 z0 点展开并不是说取 z=z0 的函数值, 而是以 z0 为中心做环域展开. 如果 z0 为奇点, 则第一个环域为 0<∣z−z0∣<R1, R1 为下一个最近奇点的距离, 环域不取 z0