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べき級数

十分な条件のもとで関数 ff が中心 cc の近くで自身のテイラー級数に等しいとき、an=f(n)(c)n!a_n=\frac{f^{(n)}(c)}{n!} です。ただ微分係数を形式的に並べただけでは、級数が ff に収束する保証はありません。テイラーの定理の剰余項が0へ向かうことが必要です。

Q基本:収束半径★☆☆
∑n=0∞(x−2)n3n\sum_{n=0}^\infty \frac{(x-2)^n}{3^n} の中心と収束半径を求めてください。
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公比は x−23\frac{x-2}{3} です。
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中心は 22。∣x−23∣<1|\frac{x-2}{3}|<1 より収束半径は R=3R=3 です。端点 x=−1,5x=-1,5 では項が0へ向かわず発散します。
Q標準:端点判定★★☆
∑n=1∞(x−1)nn2\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^n}{n^2} の収束区間を求めてください。
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半径は1で、両端ではp級数を見ます。
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∣x−1∣<1|x-1|<1 で絶対収束します。x=2x=2 では ∑1n2\sum\frac{1}{n^2}、x=0x=0 では ∑(−1)nn2\sum\frac{(-1)^n}{n^2} となり、どちらも絶対収束します。収束区間は [0,2][0,2] です。
Q発展:項別微分★★★
∣x∣<1|x|<1 で ∑n=1∞nxn−1\sum_{n=1}^\infty nx^{n-1} の和を求めてください。
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幾何級数を微分します。
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11−x=∑n=0∞xn\frac{1}{1-x}=\sum_{n=0}^\infty x^n を収束半径内で微分し、∑n=1∞nxn−1=1(1−x)2\sum_{n=1}^\infty nx^{n-1}=\frac{1}{(1-x)^2} を得ます。