Ряд Тейлора.

(Пьер Альфонс Лоран (1813 – 1854) – французский математик)

Функция f(z), аналитическая в круге , разлагается в сходящийся к ней степенной ряд по степеням (z – z₀).

Коэффициенты ряда вычисляются по формулам:

Степенной ряд с коэффициентами такого вида называется рядом Тейлора.

Правая часть линейного неоднородного дифференциального уравнения имеет вид:

где - многочлен степениm.

Тогда частное решение ищется в виде:

Здесь Q(x)- многочлен той же степени, что и P(x), но с неопределенными коэффициентами, а r – число, показывающее сколько раз число является корнем характеристического уравнения для соответствующего линейного однородного дифференциального уравнения.

Правая часть линейного неоднородного дифференциального уравнения имеет вид:

Здесь Р₁(х) и Р₂(х) – многочлены степени m₁ и m₂ соответственно.

Тогда частное решение неоднородного уравнения будет иметь вид:

где число r показывает сколько раз число является корнем характеристического уравнения для соответствующего однородного уравнения, аQ₁(x) и Q₂(x) – многочлены степени не выше m, где m- большая из степеней m₁ и m₂.

Заметим, что если правая часть уравнения является комбинацией выражений рассмотренного выше вида, то решение находится как комбинация решений вспомогательных уравнений, каждое из которых имеет правую часть, соответствующую выражению, входящему в комбинацию.

Т.е. если уравнение имеет вид: , то частное решение этого уравнения будетгде у₁ и у₂ – частные решения вспомогательных уравнений

и

Предельный признак Даламбера.

Предельный признак Даламбера является следствием из приведенного выше признака Даламбера.

Если существует предел , то при < 1 ряд сходится, а при > 1 – расходится. Если = 1, то на вопрос о сходимости ответить нельзя.

Пример. Определить сходимость ряда .

Вывод: ряд сходится.

Пример. Определить сходимость ряда

Вывод: ряд сходится.

Нормальные системы обыкновенных дифференциальных уравнений.

Определение. Совокупность соотношений вида:

где х- независимая переменная, у₁, у₂,…,у_n – искомые функции, называется системой дифференциальных уравнений первого порядка.

Определение. Система дифференциальных уравнений первого порядка, разрешенных относительно производных от неизвестных функций называется нормальной системой дифференциальных уравнений.

Такая система имеет вид:

(1)

Для примера можно сказать, что график решения системы двух дифференциальных уравнений представляет собой интегральную кривую в трехмерном пространстве.

Теорема. (Теорема Коши). Если в некоторой области (n-1) –мерного пространства функции … непрерывны и имеют непрерывные частные производные по , то для любой точкиэтой области существует единственное решение

системы дифференциальных уравнений вида (1), определенное в некоторой окрестности точки х₀ и удовлетворяющее начальным условиям

Определение. Общим решением системы дифференциальных уравнений вида (1) будет совокупность функций , , …, которые при подстановке в систему (1) обращают ее в тождество

Ряды с неотрицательными членами.

При изучении знакопостоянных рядов ограничимся рассмотрением рядов с неотрицательными членами, т.к. при простом умножении на –1 из этих рядов можно получить ряды с отрицательными членами.

Теорема. Для сходимости ряда с неотрицательными членами необходимо и достаточно, чтобы частные суммы ряда были ограничены.

Признак сравнения рядов с неотрицательными членами.

Пусть даны два ряда и при u_n, v_n 0.

Теорема. Если u_n v_n при любом n, то из сходимости ряда следует сходимость ряда, а из расходимости рядаследует расходимость ряда .

Доказательство. Обозначим через S_n и _n частные суммы рядов и. Т.к. по условию теоремы рядсходится, то его частные суммы ограничены, т.е. при всехn _n M, где М – некоторое число. Но т.к. u_n v_n, то S_{n n} то частные суммы ряда тоже ограничены, а этого достаточно для сходимости.

Также используется следующий признак сходимости:

Теорема. Если и существует предел, гдеh – число, отличное от нуля, то ряды иведут одинаково в смысле сходимости.

Признак Коши. (радикальный признак)

Если для ряда с неотрицательными членами существует такое числоq<1, что для всех достаточно больших n выполняется неравенство

,

то ряд сходится, если же для всех достаточно большихn выполняется неравенство

то ряд расходится.

Следствие. Если существует предел , то при <1 ряд сходится, а при >1 ряд расходится.

Интегральный признак Коши.

Если (х) – непрерывная положительная функция, убывающая на промежутке [1;), то ряд (1) + (2) + …+ (n) + … = и несобственный интеграл одинаковы в смысле сходимости.

Пример. Ряд сходится при >1 и расходится 1 т.к. соответствующий несобственный интегралсходится при >1 и расходится 1. Рядназывается общегармоническим рядом.

Следствие. Если f(x) и (х) – непрерывные функции на интервале (a, b] и то интегралыиведут себя одинаково в смысле сходимости.