سریهای توانی
یک سری به شکل * که در آن و.... اعدادی ثابت هستند، یک سری توانی از x می نامند . معمولاً برای راحتی سری *به صورت می نویسد در حالت کلی تر سری توانی به صورت است .
اگر به جای x مقدار ثابت r در نظر بگیریم سری توانی به یک سری عددی تبدیل می شود و همگرایی آن از روشهای همگرایی سری های عددی استفاده می شود .
نکته : هرگاه سری توانی به ازاء x=r که همگرا باشد ، آنگاه به ازاء هر x که به طور مطلق همگرا است هرگاه سری به ازاءx=s واگرا باشد آنگاه به ازاء هر x که نیز واگرا است .
تعریف بازه همگرایی: مجموعه نقاطی که به از آنها سری همگرا باشد ، همواره یک بازه است که به آن بازه ، بازه همگرایی می گویند.
نکته: سری توانی یکی از سه رفتار زیر را دارد :
الف ) سری فقط به ازاءx=0 همگرا است در این صورت بازه همگرایی I بازه [0,0] است
ب ) سری به ازاء هر x همگرا است د راین صورت است
ج) سری به ازاء مقادیر ناصفری از x همگرا و به ازاء سایر مقادیر واگراست
در این صورت،I یک بازه متناهی به شکل (-R,R],[-R,R),[-R,R],(-R,R)که R>0 است و این بسته به رفتار سری در نقاط x=-R ,x=R است که باید جداگانه بررسی شود . بازه همگرایی I ممکن است شامل یک یا هر دو نقطه انتهای نباشد به عبارت دیگر سری ممکن است به ازاءx=R یاx=-R همگرا باشد یا نباشد .
شعاع همگرایی :عدد R در نکته فوق شعاع همگرایی سری توانی نام دارد .
مثال : بازه همگرایی و شعاع همگرایی سری های توانی زیر را به دست آورید .
(الف
حل : از آزمون نسبت نتیجه می شود که سری فوق به ازاء x=0 همگرا است زیرا :
مگر آنکه x=0 لذا R=0,I=[0,0]
(ب
حل : آز آزمون ریشه نتیجه می شود که سری به ازاء هر x همگرا است زیرا :
(ج
حل : معلوم می شود که
*
لذا سری به ازاء به طور مطلق همگرا به ازاء واگرا می باشد در نتیجه شعاع همگرایی 1 می باشد بازه همگرایی [-1,1) است در واقع به ازاء x=1 سری * به سری توافقی واگرای تبدیل می شود . ولی به ازاx=-1 به سری متناوب به طور مشروط همگرای بدل خواهد شد
(د
حل : یک سری توانی است که فقط شامل توانهای زوج x است با استفاده از آزمون نسبت داریم :
لذا سری بطور مطلق همگرا است اگر یا معادلا و واگر است اگر یا در نتیجه شعاع همگرایی1می باشد. بازه همگرایی بازه بسته
می باشد. در واقع با گذاردن x=-1 , x=1 در سری فوق یکسری بطور مشروط همگرا است .
(و
حل : با استفاده از آزمون نسبت داریم :
لذا سری بطور مطلق همگرا است اگر و واگراست اگر در نتیجه شعاع همگرایی سری 5 می باشد . بازه همگرایی بازه بسته [-5,5] می باشد
(ه
حل : با استفاده از آزمون ریشه داریم :
لذا سری برای هر x همگراست یعنی
(ی
حل : با استفاده از آزمون نسبت داریم :
و لذا اگر یا به عبارت دیگر سری توانی بطور مطلق همگرا است وبه ازاء سری توانی مفروض به صورت در می آید که واگرا است لذا بازه همگرایی بصورت است و
مشتق گیری ازسری توانی
مثال : سری هندسی را در نظر بگیرید این سری به مجموع می‌گراید هرگاه |x|<1 بنابراین="" سری="" توانی="" تابع="" f="" با="" ضابطه="" را="" تعریف="" می="" کند="" لذا="" :="">
*
مثال : اگر در * به جای x ، –x قرار دهیم ، داریم :
در * قرار میدهیم x=x2 و بدست می آوریم .
چنانچه در * به جای x ، -x2 گذاشته شود بدست می آید :
قضیه : اگر یک سری توانی با شعاع همگرایی R>0 باشد ، شعاع همگرایی سری نیز R است . این قضیه حاکی است که شعاع همگرایی سری حاصل از مشتق گیری جمله به جمله از یک سری توانی مفروض ، همان شعاع همگرایی سری مفروض است .
مثال : درستی قضیه فوق را در مورد سری توانی زیر تحقیق می کنیم:
شعاع همگرایی با استفاده از آزمون نسبت بدست می آید :
پس سری توانی به ازاء |x|<1 همگراست="" ،="" لذا="" شعاع="" همگرایی="" اش="" ،="" r="" برابر1="" است="" با="" مشتق="" گیری="" جمله="" به="" جمله="" از="" سری="" مفروض="" ،="" سری="" توانی="" زیر="" حاصل="" می="" شود="" :="">
آزمون نسبت را در مورد این سری توانی به کار می بریم وبدست می اوریم :
این سری توانی هم به ازاء|x|<1 همگراست="" ،="" لذا="" شعاع="" همگرایی="" اش="" ،r`="" ،="" برابر="" است="" چون="" درستی="" قضیه="" فوق="" تأیید="" می="" شود="" .="">