求幂级数收敛域的方法通常包括以下几个步骤:
确定系数通项表达式
对于幂级数 \(\sum_{n=0}^\infty a_n (x-c)^n\),确定系数 \(a_n\) 的通项表达式。
计算收敛半径
使用比值法或根值法来估算收敛半径。
比值法:计算 \(\lim_{n \to \infty} \left| \frac{a_{n+1}}{a_n} \right|\)。
根值法:计算 \(\lim_{n \to \infty} \sqrt[n]{|a_n|}\)。
这些极限给出收敛半径 \(R\),满足 \(|x-c| < R\) 时幂级数绝对收敛。
判断端点收敛性
对于 \(|x-c| = R\) 的端点,需要单独判断其收敛性。
可以通过代入端点值并使用级数收敛的判定方法(如比较判别法、比值判别法等)来完成。
综合判断
根据端点的收敛性,综合左右端点和收敛半径,确定收敛域。
收敛域可以是开区间、闭区间、线段、曲线或整个复平面。
例如,对于幂级数 \(\sum_{n=0}^\infty \frac{x^n}{n!}\),收敛半径 \(R = \infty\),因为 \(\lim_{n \to \infty} \frac{a_{n+1}}{a_n} = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{n+1} = 0\)。端点 \(x = 0\) 的收敛性容易判断,级数在 \(x = 0\) 处收敛,因此收敛域为 \((-\infty, +\infty)\) 或 \(\mathbb{C}\)