6.3. Единственность представления функции степенным рядом
Теорема 3. Если функция ( ) представима на некотором интервале с центром в точке 0 степенным рядом:
( ) = ∑∞=0 ( − 0) ,
то этот ряд является рядом Тейлора этой функции.
Доказательство. Полагая = 0, получим ( 0) = 0.
Применим к данному степенному ряду теорему о почленном дифференцировании:
′( ) = ∑∞=1 ∙ ∙ ( − 0) −1, ′( 0) = 1, 1 = ′(1!0).
( |
|
) |
= |
∑∞ |
∙ ( − 1) ∙ ( − 0) |
−2 |
, |
( |
) |
= 2 2 |
, |
2 = |
′′ |
|
=2 |
|
′′ 0 |
|
′′( 0). 2!
…
( )( ) = ∑∞= ∙ ( − 1) ∙ … ∙ ( − + 1)( − 0)−,
( )( 0) = ∙ ( − 1) ∙ … ∙ 2 ∙ 1, = ( )( 0).
!
Т.е. данный ряд является рядом Тейлора этой функции. Теорема доказана.
6.4. Разложение основных элементарных функций
Получим разложения в ряды Маклорена основных элементарных функций.
1). ( ) = .
( )( ) = , ( )(0) = 1 .
= 1 + + |
2 |
+ + |
|
+ = ∑=0∞ |
|
. |
|
|
|
|
|
2! |
! |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
! |
|
|
|
|
||||
Найдем область сходимости данного ряда. |
|
|
|
|
|||||||
Применим |
признак |
|
Даламбера: |
|
lim→∞ |
| +1| |
∙ |
! |
= | | ∙ |
||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
( +1)! |
| | |
||||||||
lim |
1 |
|
= 0 < 1, . Область сходимости (−∞, +∞). |
|
|||
→∞ +1 |
|
||
2). ( ) = sin .
(0) = 0.
′( ) = cos , ′(0) = 1.
′′( ) = −sin , ′′(0) = 0.
′′′( ) = −cos , ′′′(0) = −1.
…. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin = − |
3 |
+ |
5 |
− = ∑∞=0(−1) |
2 +1 |
. |
|||||||
3! |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
5! |
|
|
|
|
(2 +1)! |
||||
lim →∞ |
| 2 +3| |
∙ |
(2 +1)! |
= lim |
2 |
|
= 0 < 1. |
||||||
(2 +3)! |
| 2 +1| |
|
|
|
|||||||||
|
|
→∞ |
(2 +2)(2 +3) |
||||||||||
Область сходимости (−∞, +∞).
3). ( ) = .
(0) = 1.
′( ) = −sin , ′(0) = 0.′′( ) = −cos , ′′(0) = −1.
′′′( ) = , ′′′(0) = 0…
cos = 1 − |
2 |
+ |
4 |
− = ∑∞=0(−1) |
|
2! |
4! |
||||
|
|
|
2 .
(2 )!
Аналогично предыдущему примеру находится область сходимости: (−∞, +∞).