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幂级数怎么求导

幂级数怎么求导

幂级数求导的基本方法是逐项求导。如果幂级数在某个开区间(a,b)内收敛,并且在该区间内可导,那么我们可以对幂级数的每一项分别求导,得到一个新的幂级数,这个新的幂级数在相同的开区间内也是收敛的。

求导的步骤如下:

1. 假设幂级数为 \\(\\sum_{n=0}^{\\infty} a_n (x - x_0)^n\\) ,其中 \\(a_n\\) 是幂级数的系数,\\(x_0\\) 是中心点。

2. 对每一项 \\(a_n (x - x_0)^n\\) 分别求导,得到 \\(n a_n (x - x_0)^{n-1}\\)。

3. 将求导后的项重新组合成一个新的幂级数 \\(\\sum_{n=1}^{\\infty} n a_n (x - x_0)^{n-1}\\),注意这里级数的第一项为0,可以省略。

4. 如果原幂级数在端点 a 和 b 处收敛,需要单独考虑这两个端点的求导情况。端点求导后可能发散,也可能收敛。

例如,对于函数 \\(\\sin x\\) 的麦克劳林级数展开:

\\(\\sin x = \\sum_{n=0}^{\\infty} \\frac{(-1)^n}{n!} x^{2n+1}\\)

对其逐项求导,得到:

\\(\\frac{d}{dx} \\sin x = \\sum_{n=0}^{\\infty} \\frac{d}{dx} \\left( \\frac{(-1)^n}{n!} x^{2n+1} \\right) = \\sum_{n=0}^{\\infty} \\frac{(-1)^n}{n!} (2n+1) x^{2n}\\)

这就是 \\(\\sin x\\) 的麦克劳林级数求导后的结果。

需要注意的是,并不是所有的幂级数在端点处都可以求导。如果幂级数在端点处发散,那么在这些端点处不能进行求导操作。

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