解题步骤详细将下列函数展开为x的幂级数,并指出其收敛半径 (1)∫ˣ₀dt/(1+t⁴) (2)ln(x+√(1+x²)) (3)arcsin× (4)x³e⁻ˣ
时间: 2024-01-05 14:02:21 浏览: 150
好的,我会尽力回答你的问题。
首先,我们将逐个展开这些函数为幂级数,并找出它们的收敛半径。
(1)要将函数f(x) = ∫ˣ₀dt/(1+t⁴)展开为幂级数,我们可以使用泰勒级数公式:
f(x) = Σ[n=0→∞](f⁽ⁿ⁾(0) / n!)xⁿ
其中f⁽ⁿ⁾表示f的n阶导数。
首先,我们需要求出f的导数:
f'(x) = 1 / (1+x⁴)
f''(x) = -4x³ / (1+x⁴)²
f'''(x) = [12x⁶ - 16x²] / (1+x⁴)³
f⁽⁴⁾(x) = [-56x⁹ + 48x⁵] / (1+x⁴)⁴
通过观察,我们可以发现,f⁽ⁿ⁾(0)在n为奇数时为0,n为偶数时为(-1)⁽ⁿ/2⁾(n-1)!!,其中!!表示双阶乘。
因此,我们可以得到:
f(0) = 0
f'(0) = 1
f''(0) = 0
f'''(0) = 0
f⁽⁴⁾(0) = -24
将这些导数代入泰勒级数公式,我们可以得到:
f(x) = x - 24x⁴ + 640x⁸ - ...
由于分母中最高次项为x⁴,因此我们可以得到收敛半径为1。
(2)要将函数f(x) = ln(x+√(1+x²))展开为幂级数,我们可以先将它化简为:
f(x) = ln(x+√(1+x²)) = Σ[n=0→∞](-1)ⁿ(2n-1)!! / (2n)!! x⁽²n+1⁾ / (2n+1)
其中!!表示双阶乘。
证明略。
由于分母中最高次项为2n+1,因此我们可以得到收敛半径为1。
(3)要将函数f(x) = arcsin(x)展开为幂级数,我们可以使用反正弦函数的幂级数展开公式:
arcsin(x) = Σ[n=0→∞]((2n)! / 4ⁿ(n!)²) x^(2n+1) / (2n+1)
证明略。
由于分母中最高次项为2n+1,因此我们可以得到收敛半径为1。
(4)要将函数f(x) = x³e⁻ˣ展开为幂级数,我们可以使用指数函数和幂级数的乘积公式:
e⁻ˣ = Σ[n=0→∞](-1)ⁿxⁿ / n!
x³e⁻ˣ = Σ[n=0→∞](-1)ⁿx⁽ⁿ+3⁾ / n!
证明略。
由于分母中最高次项为n,因此我们可以得到收敛半径为∞。
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