无穷级数 / 幂级数和函数 / 比较、比值、交错或幂级数收敛判别 / 含n·x^{n−1}型幂级数求导构造1/(1−x)^2型
求级数 $\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}nx^{n-1}$ 的和函数。
正确答案
$S(x)=\dfrac1{(1-x)^2},\quad x\in(-1,1)$
题目解析
【解】考虑几何级数 $\sum_{n=0}^{\infty} x^n = \dfrac{1}{1-x}$,其收敛域为 $x \in (-1, 1)$。
对该等式两边关于 $x$ 逐项求导,得:
$$
\left( \sum_{n=0}^{\infty} x^n \right)' = \sum_{n=1}^{\infty} n x^{n-1} = \left( \dfrac{1}{1-x} \right)'.
$$
计算右边的导数:
$$
\left( \dfrac{1}{1-x} \right)' = -\dfrac{1}{(1-x)^2} \cdot (-1) = \dfrac{1}{(1-x)^2}.
$$
由于幂级数在收敛区间内逐项求导后收敛半径不变,故所求级数的收敛域仍为 $(-1, 1)$。
因此,和函数为 $S(x)=\dfrac{1}{(1-x)^2},\quad x\in(-1,1)$。
对该等式两边关于 $x$ 逐项求导,得:
$$
\left( \sum_{n=0}^{\infty} x^n \right)' = \sum_{n=1}^{\infty} n x^{n-1} = \left( \dfrac{1}{1-x} \right)'.
$$
计算右边的导数:
$$
\left( \dfrac{1}{1-x} \right)' = -\dfrac{1}{(1-x)^2} \cdot (-1) = \dfrac{1}{(1-x)^2}.
$$
由于幂级数在收敛区间内逐项求导后收敛半径不变,故所求级数的收敛域仍为 $(-1, 1)$。
因此,和函数为 $S(x)=\dfrac{1}{(1-x)^2},\quad x\in(-1,1)$。