实分析

15.3 阿贝尔定理 ​

命题 ​

  1. (15.3.1 阿贝尔定理)设f(x)=∑n=0∞cn(x−a)n是以a为中心,收敛半径为0<R<∞的幂级数。如果f是在a+R处收敛,那么f在a+R处连续,也即有:

    limx→a+R;x∈(a−R,a+R)∑n=0∞cn(x−a)n=∑n=0∞cnRn

    类似地,如果f在a−R处收敛,那么f在a−R处连续,即有:

    limx→a−R;x∈(a−R,a+R)∑n=0∞cn(x−a)n=∑n=0∞cn(−R)n

    (注:阿贝尔定理揭示了幂级数在边界点收敛时会表现出良好的性状)

  2. (15.3.2 分部求和公式)设(an)n=0∞和(bn)n=0∞分别是收敛于极限A和B的实数序列,如果级数∑n=0∞(an+1−an)bn是收敛的,那么级数∑n=0∞an+1(bn+1−bn)也是收敛的,并且有:

    ∑n=0∞(an+1−an)bn=AB−a0b0−∑n=0∞an+1(bn+1−bn)

    (注:应当将这个公式同分部积分公式比较,参考[命题11.10.1](....\第11章\pdf\实分析 11.10 基本定理的推论.pdf),它应该是类似

    ∫0∞f′(x)g(x)dx=f(x)g(x)|0∞−∫0∞f(x)g′(x)dx

    的变种;使用这个引理有助于证明阿贝尔定理,这部分内容参考原书)


课后习题 ​

15.3.1 证明引理15.3.2(提示:首先要找到级数∑n=0∞(an+1−an)bn与级数∑n=0∞an+1(bn+1−bn)之间的关系) ​

根据极限定律我们知道有limn→∞anbn=AB,于是根据习题7.2.6我们有级数∑n=0∞an+1bn+1−anbn收敛于AB−a0b0,结合前设中级数∑n=0∞(an+1−an)bn也收敛,根据级数的运算定律我们有级数:

∑n=0∞an+1bn+1−anbn−(an+1−an)bn=∑n=0∞an+1(bn+1−bn)

是收敛的,并且有:

∑n=0∞an+1(bn+1−bn)=(∑n=0∞an+1bn+1−anbn)−(∑n=0∞(an+1−an)bn)=AB−a0b0−∑n=0∞an+1(bn+1−bn)

于是题目结论得证。


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