无穷级数求和7个公式展开
三角函数的无穷级数展开
收敛性：正切函 数的无穷级数展 开式是收敛的， 但收敛的速度取 决于x的取值。 在某些情况下， 可能需要更多的 项才能得到精确 的结果。
其他三角函数的无穷级数展开式
正弦函数的无穷级数展开式： sin(x) = x - x^3/3! + x^5/5! x^7/7! + ...
余弦函数的无穷级数展开式： cos(x) = 1 - x^2/2! + x^4/4! - x^6/6! + ...
三角函数的无穷级数 展开
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目录 /目录
01
三角函数与无 穷级数
02
三角函数的无 穷级数展开式
03
无穷级数展开 式的应用
04
无穷级数展开 式的收敛性与 误差估计
05
三角函数无穷 级数展开式的 近似计算
01 三角函数与无穷级数
在物理中的应用
振动和波动：三角函数的无穷级数展开式可以用来描述振动和波动的规律，例如简谐振 动的运动方程。
电磁学：无穷级数展开式可以用来计算电磁波的传播和散射，例如电磁波在介质中的传 播和散射。
热力学：三角函数的无穷级数展开式可以用来描述热力学的某些现象，例如热传导和热 辐射。
光学：无穷级数展开式可以用来描述光波的传播和散射，例如光波在介质中的传播和散 射。
无穷级数展开可以 提供三角函数的近 似值，用于近似计 算和数值分析
无穷级数展开可以 揭示三角函数的内 在结构和性质，例 如周期性和对称性
02
三角函数的无穷级数展 开式
正弦函数的无穷级数展开式
定义：将正弦函数表示为无穷级数的方式 公式：sin(x) = x - x^3/3! + x^5/5! - x^7/7! + ... 收敛性：级数在-π到π之间收敛 应用：在数学、物理和工程领域有广泛应用
无穷级数公式范文
无穷级数公式范文无穷级数是指一系列数的和可以无限增加的数列。
无论是数学上的无穷级数公式还是物理实际应用中的无穷级数，都是非常重要的概念和工具。
数学上的无穷级数公式可以分为几种不同的形式。
以下是一些常见的无穷级数公式。
1.等差级数：等差级数是一种最简单的无穷级数，也称为算术级数。
它的公式为：S_n=a+(a+d)+(a+2d)+...+(a+(n-1)d)=(n/2)(2a+(n-1)d)。
其中，S_n是前n个数的和，a是第一个数，d是公差。
2.几何级数：几何级数是一种常见的无穷级数，它的公式为：S = a+ ar + ar^2 + ar^3 + ... = a / (1 - r)。
其中，S是无穷级数的和，a是首项，r是公比。
注意，这个公式的前提是r的绝对值小于13.调和级数：调和级数是一种特殊的无穷级数，它的公式为：S=1+1/2+1/3+1/4+...+1/n+...。
调和级数是发散的，也就是说它的和是无穷大。
4.幂级数：幂级数是一种形如a0 + a1x + a2x^2 + ... + anx^n+ ...的级数，其中x是变量，a0, a1, a2, ... , an是系数。
幂级数常用于函数的展开和逼近。
无穷级数在实际中也有广泛的应用，特别是在物理学中。
下面是几个物理应用中的无穷级数。
1.牛顿-莱布尼茨公式：这个公式是微积分中的重要定理，用于计算曲线下面积。
它的公式为：∫(f(x)dx) = F(x) + C，其中∫表示积分，f(x)是被积函数，F(x)是f(x)的一个原函数，C是常数。
2.泰勒级数：泰勒级数是一种在一个点附近展开函数的无穷级数，它用于近似计算函数值和导数。
泰勒级数的公式为：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2+...+f^(n)(a)(x-a)^n/n!+...。
其中，f(x)是待求函数，f(a)是函数在点a处的值，f'(a)是函数在点a处的导数。
无穷级数的概念与性质
无穷级数的概念与性质无穷级数（Infinite series）是数学中一个非常重要的概念，它是由无限多个数相加或相减得到的数列。
在数学中，我们经常会遇到各种各样的无穷级数，它们具有丰富的性质和应用。
本文将介绍无穷级数的基本概念，并探讨其性质及应用。
一、无穷级数的概念无穷级数指的是无限多个数按照一定的规律连加（或连减）得到的数列。
一般可以表示为下面的形式：S = a₁ + a₂ + a₃ + ...其中，a₁、a₂、a₃是无穷级数的通项，S是无穷级数的和。
无穷级数的和并不一定存在，它可能是一个有限数值，也可能是无穷大或不存在。
二、常见的无穷级数1.等差数列等差数列是最简单的无穷级数之一。
它的通项公式为：aₙ = a₁ + (n-1)d其中，a₁是首项，d是公差，n表示项数。
等差数列的无穷级数可以通过求和公式来计算：S = a₁ + (a₁+d) + (a₁+2d) + ...通过对等差数列求和，我们可以得到如下公式：S = (a₁ + aₙ) * n / 22.等比数列等比数列也是常见的无穷级数之一，它的通项公式为：aₙ = a₁ * q^(n-1)其中，a₁为首项，q为公比，n表示项数。
等比数列的无穷级数可以通过求和公式来计算：S = a₁ / (1-q)其中，当0<q<1时，S存在且为有限值，当q≥1时，S不存在。
3.调和级数调和级数是指无穷级数的通项是倒数的情况，它的通项公式为：aₙ = 1/n调和级数可以表示为：S = 1/1 + 1/2 + 1/3 + ...调和级数是一个特殊的无穷级数，它的和可以无限增大。
例如，前n项和可以表示为：Sₙ = 1/1 + 1/2 + ... + 1/n当n趋向于无穷大时，Sₙ趋向于无穷大。
三、无穷级数的性质1.收敛与发散无穷级数的和可能是有限的，也可能是无穷大，也有可能不存在。
如果一个无穷级数的和存在并且有限，我们称该级数是收敛的；反之，如果一个无穷级数的和不存在或者无穷大，我们称该级数是发散的。
无穷级数(全)
无穷级数1、无穷级数：表达式 +++++n u u u u 321 称为无穷级数,简称级数.记作∑∞=1n nu, 其中n u 称为级数的一般项.2、部分和: 级数∑∞=1n nu的前n 项和 ∑==nk kn uS 1称为级数∑∞=1n nu的部分和.3、收敛的定义: 如果级数∑∞=1n nu的部分和数列}{n S 有极限S ,即S S n n =∞→lim ,则称级数∑∞=1n nu收敛.S 称为级数∑∞=1n nu的和, 并写成： ++++=321u u u S ∑∞==1n nu.如果}{n S 没有极限, 则称级数∑∞=1n nu发散.4、常数项级数收敛的必要条件：若级数∑∞=1n nu收敛，则必有0lim =∞→n n u ，反之若0lim ≠∞→n n u ，则级数一定发散5常用级数敛散性判定方法： ①等比级数：∑∞=0n n aq ，当 1q < 收敛，且级数收敛于qa -111q ≥ 发散当然等比级数的敛散性也可以由等比级数的部分和数列来判断：若S 存在则收敛，反之则发散. ②P-级数：∑∞=1n P n 11p >收敛，1p ≤发散(p=1时为调和级数)；③常数级数：∑∞=0n C 当0≠C 时级数发散，0=C 时，级数收敛.6、级数收敛的性质 以下假设∑∞=1n nu与∑∞=1n nv收敛于S 与T , 则①∑∑∞=∞==11n n n nu u λλ, (λ为常数). ②∑∑∑∞=∞=∞=±=±111)(n n n n n n nv u v u.③∑∞=1n nu收敛⇔对任意的非负整数m ,有∑∞+=1m n nu收敛.即: 在级数前面去掉或加上有限项不影响级数的敛散性. ④若S un n=∑∞=1,则将级数的项任意加括号后所成的级数S n n=∑∞=1σ. 反之不然.7、正项级数敛散性的判定方法： ①充要条件：部分和数列有界②比较法：对级数的缩放，利用已知的级数来判断未知级数的敛散性；适用于含有P(型)-级数、、多项式和正余弦的级数.其中P(型)-级数、对数、多项式主要是删减低次项和常数项，而正余弦主要是利用其小于1的性质.③比阶法：找到一个已知敛散性的级数，通过其与需求级数作商曲极限，来判断需求级数的敛散性.适用于P(型)-级数，等比级数、多项式等.定义如下：设∑∞=1n n u 与∑∞=1n n v 均为正项级数,若L v u nnn =∞→lim，则(1)当L=0时,若∑∞=1n nv收敛,则∑∞=1n nu也收敛；(2)当L=+∞时,若∑∞=1n nv发散,则∑∞=1n nu也发散.(3)当0<L<+∞时,∑∞=1n nv与∑∞=1n nu有相同敛散性.④比值法：通过对级数通向第n+1项与第n 项作商取极限来判断级数敛散性.不适用含有对数、多项式和正余弦的级数.定义如下：设∑∞=1n n u 为正项级数,若ρ=+∞→nn n u u 1lim,则(1)1<ρ时, 级数∑∞=1n nu收敛；(2) 1>ρ或+∞=ρ时, 级数∑∞=1n nu发散；(3)1=ρ时, 级数∑∞=1n nu可能收敛也可能发散.⑤其他常用方法(1)关于级数中带有多项式的分式方程的：ⅰ分子最高次≥分母最高次则级数一定发散； ⅱ分子最高次＜分母最高次，则用比阶法来判断. 设sn n V 1=（s 为分子最高项-分母最高项的差值） (2)关于级数中带有对数的：用比阶法题目中()c n U tn +=ln ，就设tn n V 1=作商取极限，需要用L ，hospital 定理8、交错级数的审敛法：（莱布尼茨定理) 设∑∞=--11)1(n n n u 为交错级数, 若满足(1) n n u u ≤+1, ,2,1=n ； (2) 0lim =∞→n n u , 则 ∑∞=--11)1(n n n u 收敛,9、任意项级数的绝对收敛和条件收敛 ①绝对收敛的级数∑∞=1n nu ：∑∞=1||n nu 收敛；②条件收敛的级数∑∞=1n n u：∑∞=1||n nu发散, 但∑∞=1n n u 收敛.③∑∞=1||n nu收敛 ⇒ ∑∞=1n n u 收敛. 反之不然.④此类级数多用比值法来判断绝对值级数是否发散 ⑤若任意项级数∑∞=1n nu条件收敛，则其所有正项或者负项构成的级数均为发散的.10、函数项级数①定义: 设 ),(,),(),(21x u x u x u n 是定义在I 上的函数,则++++=∑∞=)()()()(211x u x u x u x u nn n称为定义在区间I 上的(函数项)无穷级数.②收敛域(1) 收敛点I x ∈0—— ∑∞=10)(n nx u 收敛；(2) 发散点I x ∈0——∑∞=10)(n nx u 发散；(3) 收敛域D —— ∑∞=1)(n nx u 的所有收敛点的全体D ；(4) 发散域G ——∑∞=1)(n n x u 的所有发散点的全体G .（5）解题方法：已知级数∑∞=1)(n nx u，求其收敛域.ⅰ用比值法算出大致收敛域：）（的式子关于x 1Q x lim==+∞→nn n u u ρ，令）（x Q <1，算出x 收敛大范围（a ，b ），收敛半径R=2b-a （()∞++∞∞-∈可以为R R ,,） ⅱ将端点值带入级数∑∞=1)(n nx u中，算出∑∞=1)(n n a u 与∑∞=1)(n n b u 的敛散性，判断端点值是否可以取到，过程可以略过. ⅲ综上所述，写出级数∑∞=1)(n nx u的收敛域③和函数)(x S —— ∑∞==1)()(n nx u x S , D x ∈.解题方法：已知级数∑∞=1)(n nx u，求其和函数.ⅰ求出其收敛域；ⅱ将级数经过求导或者积分，得到一个等比级数 ⅲ用等比级数收敛公式qa -11算出和函数的导数或者原函数的表达式；ⅳ将求出的表达式积分或求导，写成)(x S 的形式，并注明收敛域.【注】已知级数∑∞=1)(n nx u，求∑∞=1n n V 的和ⅰ-ⅳ步骤同上ⅴ将n n V x u 与)(建立起联系，想当x 为何值时n n V x u =)(，然后将x 带入)(x S 中.11、函数项级数的展开式.(1) f (x ) = e x= ∑∞=0!n nn x , x ∈(-∞, +∞);(2) f (x ) = sin x = ∑∞=++-012!)12()1(n n n xn ,x ∈(-∞, + ∞);(3) f (x ) = cos x = ∑∞=-02!)2()1(n nn x n ,x ∈(-∞, + ∞);(4) 11()1n n f x x x ∞===-∑ ,x ∈(-1, 1);(5) 11()()1n n f x x x ∞===-+∑ ,x ∈(-1, 1);(6) f (x ) = ln (1 + x ) = ∑∞=+-11)1(n nn x n , x ∈(-1, 1]。
无穷级数的求和
无穷级数的求和Investigate of the summation ofinfinite series专业: 应用化学精细化工**: ***学号: ************摘要本文介绍了运用裂项相消, 错位相减, 逐项微分, 逐项积分, 运用特殊级数的和这几种方法求级数的和, 并通过实例说明了这些方法的应用.关键词: 级数; 求和; 幂级数; 傅里叶级数简介无穷级数求和是无穷级数中的主要内容,针对无穷级数求和归纳为6种方法.即利用无穷级数和的定义、递推、构造成幂级数、傅里叶级数、幂级数的逐项求导或逐项积分、微分方程,以下让我通过简单的例子，通过分析,总结归纳出无穷级数求和的解题技巧,使求解这类问题有章可循目录摘要 (I)简介 (II)1 引言 (1)2 裂项相消法 (1)3 错位相减法 (2)4 逐项微分法 (6)5 逐项积分法 (8)6 运用特殊级数的和求和法 (9)参考文献 (13)1 引言无穷级数(简称级数)是高等数学的一个重要组成部分. 它是表示函数, 研究函数性质以及进行数值计算的一种重要工具. 众所周知, 收敛级数都有和, 然而求出收敛级数的和常常是较困难的. 因此, 本文将讨论运用裂项相消, 错位相减, 逐项微分, 逐项积分, 运用特殊级数的和来求级数的和, 并通过实例说明了这些方法的应用.为行文的简洁, 本文中未特别申明的符号与文献[1]一致.2 裂项相消法设1n u n ∞=∑, 1n n n u v v +=-, 则1n u n ∞=∑的部分和为11n n s v v +=-.若 1lim n n v A +→∞=, 则1lim n n s A v →∞=-.也就是说1n u n ∞=∑的和为 1A v -.我们称上述求级数和的方法为裂项相消法.利用裂项相消法求级数的和, 关键是怎样将级数的通项拆成前后有抵消部分的形式, 通常经过变形, 有理化分子或分母, 三角函数恒等变形等处理可达到裂项相消的目的. 以下用具体例子来进行说明.例1 求无穷级数11(2)n n n ∞=∑+的和.解 因为1111()(2)22n n n n =-++,所以1111111111[(1)()()](1)232422212n S n n n n =-+-+⋅⋅⋅+-=+--+++,于是lim n n S S →∞=1111(1)2212n n =+--++34=. 所以113(2)4n n n ∞==∑+.如果一个级数的通项是一个三角函数式, 则可考虑利用三角函数公式, 将其化简为两式之差以便运用裂项相消法.例2 求级数 201arctan1n n n ∞=∑++ 的和.解 先考虑变换问题的数学形式, 由21(1)arctanarctan 11(1)k kk k k k+-=++++,联想到正切的差角公式tan tan tan()1tan tan αβαβαβ--=+,再设 tan 1,k k αβ=+=, 则原级数的部分和为2111arctan1arctan arctan arctan371arctan1(arctan 2arctan1)(arctan 3arctan 2)[arctan arctan(1)][arctan(1)arctan ]arctan(1),n S n n n n n n n =+++⋅⋅⋅+++=+-+-+⋅⋅⋅+--++-=+所以201arctanlim lim arctan(1)12nn n n S n n n π∞→∞→∞===+=∑++. 如果一个级数的通项是一个分母为若干根式之积的分式, 则可考虑将其分母或分子有理化以便运用裂项相消法.例3求和n ∞=∑.解 先对通项分母中的和式进行有理化, 得==,于是, 有(1n S =-++⋅⋅⋅++1=-,所以lim lim(11n n n n S ∞→∞→∞===-=∑.3 错位相减法设{}n u 为等差数列, 公差为d , {}n v 为等比数列, 公比为q , 则称0n n n u v ∞=∑为混合级数,这类级数的求和问题一般采用错位相减法.事实上, 设112233n n S u v u v u v u v n =+++⋅⋅⋅+, (1)两边同时乘以公比q 得112233n n n qS u v q u v q u v q u v =+++⋅⋅⋅+,即12233411n n n n n qS u v u v u v u v u v -+=+++⋅⋅⋅++, (2)(5)式减去(6)式得11231(1)()n n n n q S u v d v v v u v +-=+++⋅⋅⋅+-,112311lim lim[]1()n n n n n n S S qu v d v v v u v +→∞→∞+++⋅⋅⋅+-==-.我们这种求级数和的方法为错位相减法.例4 求级数113n n n∞-=∑的和. 解 因为21231333n n n-=+++⋅⋅⋅+S , (3)23112333333n n n=+++⋅⋅⋅+S , (4) (7)式减去(8)得23112111113333333n n n n n n --==++++⋅⋅⋅++S S S ,即1(1)3313(1)12323313n n n n n n n S -=-=---, 于是2313lim lim[(1)]32332n n n n n n S →∞→∞=--=, 所以 339lim 224n n S →∞=⨯=, 故 11943n n n ∞-==∑.4 逐项微分法定理[2]1 若在[,]a b 上, 1()n n u x ∞=∑的每一项都具有连续导数'()n u x 一致收敛于()x δ,又1()n n u x ∞=∑收敛于()S x , 则'()()S x x δ=, 即11()()nn n n d du x u x dx dx∞∞===∑∑, 且1()n n u x ∞=∑一致收敛于()S x .这定理说明了和号同求导运算可以交换, 它也称为逐项微分的定理. 但要注意的是, 仅仅在条件“1()n n u x ∞=∑一致收敛”之下, 即使'()n u x 存在且连续, 也不能保证和号同求导数号可以交换.例5 求级数357(1)357x x x x x -+-+⋅⋅⋅≤的和.解 令357()357x x x F x x =-+-+,在收敛域[]1,1-内逐项微分, 得()24621'11F x x x x x=-+-+⋅⋅⋅=+. 注意到(0)0F =, 所以20()arctan 1xdtF x x t ==+⎰, 于是当1x ≤时, 有357arctan 357x x x x x -+-+⋅⋅⋅=.例6 求级数11111(1)3521n n --+-⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅-的和.解 令35121111(1)3521n n x x x x x n --=-+-⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅-S(),逐项求导得2412321'()1(1)1n n S x x x x x --=-+-⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅=+, 所以2001()'()arctan 1x x S x S x dx dx x x ===+⎰⎰.因为级数12111(1)21n n n x n -∞-=-∑-在1x =处收敛, 所以 (1)arctan14S π==,即11111(1)35214n n π--+-⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅=-. 例7 求级数210(21)!n n x n +∞=∑+的和函数.解 ()-∞+∞该级数的收敛区间为，, 令()213501(210)!3!5!n n x x x y x n +∞===+++⋅⋅⋅∑+,2240'()12!2!4!n n x x x y x n ∞===+++⋅⋅⋅∑,所以234()'()12!3!4!x x x x y x y x x e +=+++++⋅⋅⋅=,()()'()x y x y x y x e +=即满足微分方程, 此方程为一阶线性微分方程，其通解为1()2x x y x e ce -=+.例8 求幂级数221[(1)!](2)(1)(2)!n n n x x n ∞=-<∑的和. 解 在 1x < 上对()S x 逐项求导, 可知2211[(1)!]'()2(2)(21)!n n n S x x n ∞-=-=-∑,2221[(1)!]4(2)(22)!n n n x n ∞-=--∑. 由此可得 2(1)''()'()4x S x xS x --=. 在这两端乘以 212(1)x --, 我们有'())'1x x =<,解得()(1)S x x =+<.5 逐项积分法定理2[2]设1()n n u x ∞=∑在[,]a b 上一致收敛于()S x , 并且每一()n u x 都在[,]a b 上连续, 则11()()()b bb x n aaan n u x dx S x dx u x dx ∞∞====∑∑⎰⎰⎰,亦即和号可以与积分号交换. 又在[,]a b 上, 函数项级数1()x n an u t dt ∞=∑⎰也一致收敛于()x aS t dt ⎰.该定理也称为逐项积分定理.例9 求级数234234(1)x x x x x ++++⋅⋅⋅<的和.解 令234()234F x x x x x =++++⋅⋅⋅, 其收敛域为(1,1)-, 在收敛域内逐项积分, 得234234234234123()234111(1)(1)(1)234111()()234ln(1)1x F t dt x x x x x x x x x x x x x x x x x=+++⋅⋅⋅=-+-+-+⋅⋅⋅=++++⋅⋅⋅-++++⋅⋅⋅=+--⎰，其中1x <, 于是21'()[ln(1)],11(1)n n x xF x nx x x x x ∞===+-=<∑--.例10 求下列级数的和()S x(1) 410(2)1()()412n n x S x x n +∞==<+∑; (2) 0()()(1)21nn x S x x n ∞=-=<+∑.解 (1) 在 12x <上对()S x 作逐项积分, 可知 222444000()111121arctan(2)ln ().24122x x xnn n n dtS x tdt t dt t x x x x∞∞=====-+=+<-∑∑⎰⎰⎰(2) 对 01x <<, 令 2x t =, 有2220002220001()(1)(1)2111((1))1arctan .n t nn n n n t t n n n t S t x dtn t dt x dt t t x t t ∞∞==∞==-=-+=-=+=∑∑⎰∑⎰⎰由此知()arctan S x = 对 10x -<<, 令 2x t =-, 有222200001111()ln 21121n t t n n n t dt tS t x dx n t t x t t ∞∞==+-====+--∑∑⎰⎰,由此可得()S x =6 运用特殊级数的和求和法这种方法的基本思想是: 将待求和的级数用一些已知级数来表示, 通过代入已知级数求得待求级数的和. 以下运用例子来说明该方法.例11 求123423434845165632S =-+-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅. 解 原式可以用级数表示如下1111(1)()(1)(2)2nn n k n S n n ++==-⋅∑++.考虑级数111(1)(1)(2)nn n k n x n n ++=-⋅∑++, 其收敛半径为1, 故当12x =时收敛, 设其和函数为()f x , 下面在区间()0,1内求()f x . 由于21(1)(2)21n n n n n =-++++,所以1111112111122()(1)(1)212(1)(1)2112[ln(1)]ln(1)22(1)ln(1)2,n n n n n n n n n n n x x f x n n x x x n n n xx x x x x x x++++∞∞=-++++∞==---∑∑++∞=-+-∑∑++-=+-+++-=++-令12x =, 即得13()5ln 222S f ==-. 例12 (1)求级数111111()()()2346812++++++⋅⋅⋅的和;(2)求级数111()23n n n ∞=+∑的和.解 (1) 由于111111111111()()[()()]2346223211111111[()][()]2422363211111122112311221211(1),232n n n n n n nn n S ----=++++⋅⋅⋅++=++⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅--=⋅+⋅--=-+- 所以1215lim[1(1)]2323n n n n S S →∞==-+-=, 故11115()()23463++++⋅⋅⋅=. (2) 因为22111111()()()232323n n n S =++++⋅⋅⋅++22111111()()222333n n =++⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅+1111(1)(1)3322111123n n --=+--, 所以13lim 122n →∞=+=, 从而1113()232n n n ∞=+=∑.例13 求下列级数的和: (1)112n n n∞-=∑; (2)12(1)!n n n ∞=+∑+. 解 (1)由于1211,(1)(1)n n nx x x ∞-==<∑-, 令()11111157111317f x -+-+-+⋅⋅⋅+=12x =,得112n n n∞-=∑的和, 因此 111211211()422(1)n n x n n n n x -∞∞-======∑∑-.(2)由于当x -∞<<+∞时, 有 212!!nxx x e x n =+++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅, 故令1x =即得11112!!e n =+++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅, 于是有11112(1)111(1)!(1)!!(1)!n n n n n n n n n n ∞∞∞∞====+++==+∑∑∑∑+++ (1)(2)23e e e =-+-=-.例14 求下列常数项级数之和:(1) 111113579-+-+-⋅⋅⋅;(2) 111111135791113+--++--⋅⋅⋅;(3) 11111157111317-+-+-+⋅⋅⋅.解 将()4f x π=在[]0,π内展开为正弦级数有()0,1,2,3,n a n ==⋅⋅⋅, 01()2sin 40()n n b nx dx n n πππ⎧⎪==⎨⎪⎩⎰为奇数为偶数,所以()()()11sin sin 3sin 2104321f x x x n x x n ππ==++⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅≤≤-. (1) 当2x π=时, 有1111135794π-+-+-⋅⋅⋅=.(2) 当4x π=时,有1111111357911134+--++-⋅⋅⋅=. (3) 当3x π=时,有11111157111317-+-+-+⋅⋅⋅=.例15 求2221111357++++⋅⋅⋅的和. 解 将函数[],x ππ-在上展成傅里叶级数得[]224cos3cos5(cos ),,235x xx x x ππππ=-+++⋅⋅⋅∈-. 令x π=, 则222211113578π++++⋅⋅⋅=.例16 求和0cos !n nxn ∞=∑.解 令 ixz e =, 则0!nZ n z e n ∞==∑. 因为 ()()cos 000cos sin ,cos sin sin sin !!!n Z x n n n z nxnx i e e x i x n n n ∞∞∞====+=+⎡⎤∑∑∑⎣⎦, 按实部和虚部分别相等的关系, 即得()()cos 0cos cos sin ,,!x n nxe x n ∞==-∞+∞∑.利用四则运算等将所给级数转化为()S x 代数方程再求解, 这种思维方式和求解方法与错位相减法类似, 只不过在错位相减法中两边同乘的是等比级数的公比q , 在这里则需依具体情况而定, 同乘以关于x 的某个代数式再两式相减以得化简.例17 求级数21n n nx ∞=∑的和.解 因为该级数的收敛半径1lim1nn n a R a →∞+==, 又因为当1x =±时，该级数发散，所以级数收敛域为(-1,1).()21n n nx S x ∞==∑设, 则()24623n S x x x x nx =+++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅ , (5) ()2468223n x S x x x x nx +=+++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅, (6)(9)式减去(10)得()()222468211x x S x x x x x x -=++++⋅⋅⋅=-,故()()()222,1,11x S x x x =∈--.转化为微分方程求解, 即研究它的导数或其与它本身有何特点及相关联系, 看其是否满足某微分方程及定解条件. 找出求和级数所满足的微分方程及定解条件, 再解该方程.参考文献[1] 刘玉琏. 数学分析讲义(下册)[M], 北京: 高等教育出版社, 2003. [2] 陈传璋. 数学分析讲义下册[J], 北京: 高等教育出版社， 2004. [3] 张春平. 无穷级数的求和探讨[J], 沈阳师范大学学报, (3) 2008, 20-21. 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无穷级数求和方法解析
116
i n
1
4
'h )=
• * ) = ------- h l n ( 1 — n ) ， 其中 n 1一n
n= i
n
(一 1 ， 1)， 所以
/ n )， /(n ) 的通解为/ n ) 2 2 n! . = 1 ( n — 1) ! 2 n c e n 。又 当 n = 〇时 ， c / n ) = 1， 所以级数的和为/ n ) 2 6. 7. 8. 参考文献： [1] [2] 华东师范大学数学系.数学分析（ 第四版， 下 册 ） M ]. 程 海 来 .一 些 无 穷 级 数 的 求 和 [ ] . 大 学 数 学 ， 2013, 北京： 高等教育出版社， 2 0 10. = cn . 定义法求和（ 略） 错位相减法求和（ 略） 裂项法求和（ 略）
— — n s i n (c n )— = n7 cJ — n n 2n = (— 1) n — 2,3,… ） . n 2 (其中 n = 1 ，
0
—
— fn
n 2J
—^ x cs o( s n n )— co
0
由 狄 利 克 雷 收 敛 条 件 可 知 / —) = —
n
3
¥ (_ |)n --- 2 — c o s ( n n .)， 其中 0 < —< n 。现在令 n = n 得 ： n2
S n
^^
n x n=
3 —n
-+ l n (1— n )
(1
— n )2
3 . 利 用傅 里 叶 级 数 求 和 【 例 3】 求 级 数 ][；
n2
解： 构造傅里叶函数/ — ) = — ， 其 中 n 6 [0， n] ， 作偶 延拓得： 呈―. ）= — ， 一n ^ n ^ n . 由此可知傅里叶系数为： 6 n = 0,其 中 n = 1 ， 2,3,… 2—
级数求和的八种方法
ｓ （ ）一 （ ｅ ｚ ＋ｅ — ｚ ） （ 『 『 ＜＋ 。 。 ） ．
对 上式 从 ０到 ｚ两 次积 分 ， 得
Ｓ（ ｚ ）一 ２ ｘａ ｒ ｃ ｔ ａ ｎ ｘ— ｌ ｎ （ １＋ ｚ ）
７ 利 用 Ｅｕ ｌ ｅ ｒ公 式 求 和
。 ３
（ 一 １≤ ． ｚ≤ １ ） ，
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ６ — １ １ ； 修 改 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — １ ５
ｓ （ ｚ ） 一
丽 （ －１ ） ＇ ￣ １ ｘ ２ ． （ 一１ ＜ ｚ＜ １ ） ’
作者简介 ： 杨圣全 （ １ ９ ４ ６一） ， 男， 山西太原人 ， 副教授 ， 从 事 模 糊 数 学 及其应用研究． Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ ｙ ｓ ｑ ＠１ ６ ３ ． ｃ 。 ｍ 石明（ １ ９ ８ ２一） ， 女， 湖南吉首人 ， 硕士 ， 助教 ， 从 事 数 理 统 计
研究． Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｓ ｍｉ ｎ ｇ ０ ２ ５ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
对其 两边 两次 求导 数 。 得
（ ） 一２ ∑（ 一１ ） ｊ ｚ 。 一
１
第 １ ６卷 第 ３期
杨 圣全 ， 石 明： 级 数 求 和 的 八 种 方 法
３ ３
（ 一 ｌ＜ ｚ ＜ １ ） ，
有专论 ． 在教学 过 程 中 ， 经常 遇到 学生 对级数 的求和 比较茫 然 ． 为此 ， 笔 者对 此类 问题作 如 下整 理．
可 推 出
刍 一百’
妻
ｎ＝ ｌ
一
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ｎ＝ ｌ
１
．
一 一 百 一 ’
一
无穷级数的收敛域与求和公式
无穷级数的收敛域与求和公式无穷级数是数学中重要的概念之一，它可以被定义为无限多个数的和。
对于无穷级数而言，我们关注的两个重要问题是它的收敛域以及如何求和。
本文将探讨无穷级数的收敛域及求和公式。
一、无穷级数的收敛域无穷级数的收敛域是指该级数在何种条件下会收敛。
当无穷级数的和存在有限的极限值时，我们认为该级数是收敛的，极限值即为该级数的和。
而当无穷级数的和不存在有限的极限值时，我们认为该级数是发散的。
对于无穷级数的收敛域，有几个常见的判定法则。
1. 比值判别法比值判别法是判定无穷级数收敛与发散的常用方法之一。
对于给定的无穷级数∑(an)，计算相邻两项的比值an/an+1的极限值L。
若L小于1，则级数绝对收敛；若L大于1或不存在极限，则级数发散；若L 等于1，则判定不确定。
2. 根值判别法根值判别法与比值判别法类似，也是判定无穷级数收敛与发散的常用方法之一。
对于给定的无穷级数∑(an)，计算相邻两项的根值√an的极限值L。
若L小于1，则级数绝对收敛；若L大于1或不存在极限，则级数发散；若L等于1，则判定不确定。
3. 正项级数的判别法若无穷级数的各项an都是正数，并且an+1 ≤ an，则称该级数为正项级数。
对于正项级数，若其部分和数列有上界，则该级数收敛；若其部分和数列无上界，则该级数发散。
以上是几个常见的无穷级数的收敛域判定方法，它们在实际应用中非常有用。
二、无穷级数的求和公式求和公式是指通过某种方法得到无穷级数的和的表达式。
在数学中，有一些特殊的级数具有特定的求和公式，这些公式在计算和的过程中可以简化计算，提高运算效率。
下面列举一些常见的无穷级数求和公式：1. 等比级数求和公式等比级数是一种特殊的级数形式，各项之间的比值是相等的常数。
对于等比级数∑(ar^n)，若-1<r<1，则该级数的和为S=a/(1-r)。
2. 幂级数求和公式幂级数是一类重要的无穷级数形式，以自变量x为变量，表达式为∑(an*x^n)。
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无穷级数求和7个公式展开
一、等差数列求和公式
等差数列是最基本的数列之一，其求和公式为：
\[S_n = \frac{n}{2}(a_1 + a_n)\]
其中，\(S_n\)表示前n个数的和，\(a_1\)表示首项，\(a_n\)表示末项。
这个公式的推导非常直观，可以通过对等差数列的各项进行求和求得。
二、几何数列求和公式
几何数列也是常见的数列类型之一，其求和公式为：
\[S_n = \frac{a_1(1-r^n)}{1-r}\]
其中，\(S_n\)表示前n个数的和，\(a_1\)表示首项，r表示公比。
这个公式的推导可以通过对几何数列的各项进行求和求得。
三、调和级数求和公式
调和级数是由倒数构成的无穷级数，其求和公式为：
\[S_n = 1+\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+...+\frac{1}{n} =
\ln(n)+O(1)\]
其中，\(S_n\)表示前n项的和。
这个公式的推导较为复杂，可以通过级数的收敛性以及极限的定义来推导得到。
四、指数级数求和公式
指数级数是由指数函数构成的无穷级数，其求和公式为：
\[S_n = 1+x+\frac{x^2}{2!}+\frac{x^3}{3!}+...+\frac{x^n}{n!} = e^x-1\]
其中，\(S_n\)表示前n项的和，x表示指数。
这个公式的推导可以
通过级数展开以及指数函数的特性来得到。
五、幂级数求和公式
幂级数是由幂函数构成的无穷级数，其求和公式为：
\[S_n = 1+a+2a^2+3a^3+...+na^n = \frac{1}{(1-a)^2}(1-
(n+1)a^n+na^{n+1})\]
其中，\(S_n\)表示前n项的和，a表示幂级数的底数。
这个公式的
推导可以通过级数展开以及幂函数的性质来得到。
六、Bernoulli数的幂级数展开
Bernoulli数是数论中的一类特殊数列，其幂级数展开公式为：
\[\frac{1}{e^x-1} = \sum_{n=0}^\infty \frac{B_n x^n}{n!}\]
其中，\(B_n\)表示Bernoulli数，\(x\)表示自变量。
这个公式的应
用广泛，可以用于计算复杂的级数和。
七、傅里叶级数展开
傅里叶级数展开是一种将函数展开成三角函数级数的方法，其公式为：\[f(x) = \frac{a_0}{2} + \sum_{n=1}^\infty (a_n\cos(nx) +
b_n\sin(nx))\]
其中，\(a_0\)、\(a_n\)、\(b_n\)为系数，可以通过复杂的积分计
算得到。
这个公式在信号处理和波动现象的研究中具有广泛的应用。
总结：
无穷级数求和涉及了数学分析的重要概念和方法，其中的公式可以通过推导和应用得到。
本文介绍了七个常见的无穷级数求和公式，分别涵盖了等差数列、几何数列、调和级数、指数级数、幂级数、Bernoulli数的幂级数展开以及傅里叶级数展开等内容。
这些公式在数学、物理、工程等领域中都有重要的应用，对于深入理解级数的性质和求和方法具有重要的参考价值。