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
将 $f(x)=\dfrac1{x^2}$ 展开成 $(x+1)$ 的幂级数。
正确答案
$\displaystyle\sum\limits_{n=0}^{\infty}(n+1)(x+1)^n,\quad x\in(-2,0)$
题目解析
【解】令 $t=x+1$,则 $x=t-1$。函数化为 $f(x)=\dfrac{1}{(t-1)^2}$。
已知几何级数展开式 $\dfrac{1}{1-u}=\sum_{n=0}^{\infty}u^n, \quad |u|<1$。
对两边关于 $u$ 求导,得 $\dfrac{1}{(1-u)^2}=\sum_{n=1}^{\infty}nu^{n-1}=\sum_{n=0}^{\infty}(n+1)u^n$。
在本题中,$\dfrac{1}{(t-1)^2}=\dfrac{1}{[-(1-t)]^2}=\dfrac{1}{(1-t)^2}$。
令 $u=t$,当 $|t|<1$ 时,有
$$\dfrac{1}{(1-t)^2}=\sum_{n=0}^{\infty}(n+1)t^n.$$
将 $t=x+1$ 代回,得
$$f(x)=\sum_{n=0}^{\infty}(n+1)(x+1)^n.$$
收敛域由 $|x+1|<1$ 确定,即 $-1<x+1<1$,解得 $-2<x<0$。
故展开式为 $\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}(n+1)(x+1)^n, \quad x\in(-2,0)$。
已知几何级数展开式 $\dfrac{1}{1-u}=\sum_{n=0}^{\infty}u^n, \quad |u|<1$。
对两边关于 $u$ 求导,得 $\dfrac{1}{(1-u)^2}=\sum_{n=1}^{\infty}nu^{n-1}=\sum_{n=0}^{\infty}(n+1)u^n$。
在本题中,$\dfrac{1}{(t-1)^2}=\dfrac{1}{[-(1-t)]^2}=\dfrac{1}{(1-t)^2}$。
令 $u=t$,当 $|t|<1$ 时,有
$$\dfrac{1}{(1-t)^2}=\sum_{n=0}^{\infty}(n+1)t^n.$$
将 $t=x+1$ 代回,得
$$f(x)=\sum_{n=0}^{\infty}(n+1)(x+1)^n.$$
收敛域由 $|x+1|<1$ 确定,即 $-1<x+1<1$,解得 $-2<x<0$。
故展开式为 $\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}(n+1)(x+1)^n, \quad x\in(-2,0)$。