无穷级数 / 幂级数展开与收敛域 / 比较、比值、交错或幂级数收敛判别 / 有理函数拆项后套用1/(1−x)几何级数展开
求函数 $f(x)=\dfrac{5}{(2-x)^2}$ 展开成 $x$ 的幂级数.
正确答案
$5\displaystyle\sum\limits_{n=1}^{\infty}\dfrac{n x^{n-1}}{2^{n+1}},\quad -2<x<2$
题目解析
【解】先将 $f(x)=\dfrac{5}{(2-x)^2}$ 化为标准幂级数展开形式。注意到 $\dfrac{1}{(1-u)^2}=\sum\limits_{n=1}^{\infty} n u^{n-1}$,收敛域为 $|u|<1$。令 $u=\dfrac{x}{2}$,则 $2-x=2\left(1-\dfrac{x}{2}\right)$,故 $$f(x)=\dfrac{5}{(2-x)^2}=\dfrac{5}{4\left(1-\dfrac{x}{2}\right)^2}=\dfrac{5}{4}\sum\limits_{n=1}^{\infty}n\left(\dfrac{x}{2}\right)^{n-1}=5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\dfrac{n x^{n-1}}{2^{n+1}}.$$ 收敛条件为 $\left|\dfrac{x}{2}\right|<1$,即 $-2<x<2$。因此所求幂级数为 $5\displaystyle\sum\limits_{n=1}^{\infty}\dfrac{n x^{n-1}}{2^{n+1}},\quad -2<x<2$。