Теорема 1
Пусть дан степенной ряд
∞∑n=0anxn(1)
радиус сходимости которого R>0. Тогда для любого r, такого, что
0<r<R, ряд (1) равномерно сходится на [−r,r].
Доказательство
В каждой точке, лежащей внутри интервала сходимости, степенной ряд сходится абсолютно. Тогда возьмем вместо x число r, такое что выполняется условие: 0≤r≤R.
Тогда сходится числовой ряд ∞∑n=0∣an∣rn. Поэтому, в силу признака Вейерштрасса, из неравенства ∣anxn∣≤∣an∣rn(∣x∣≤r) заключаем, что
ряд (1) сходится равномерно на [−r,r].
Теорема 2
Сумма степенного ряда (1) с радиусом сходимости
R>0 является непрерывной функцией на интервале сходимости (−R,R).
Доказательство
Согласно предыдущей теореме, ряд (1) равномерно сходится на [−r,r] ⊂ (−R,R), однако про весь интервал это точно утверждать нельзя, так как на интервале (−R,R) ряд (1) может сходиться и неравномерно. Пусть x0∈(−R,R). Выберем такое r, что x0<r<R. Так как x0 – внутренняя точка отрезка [−r,r] и на [−r,r] ряд (1) сходится равномерно, то, по теореме о непрерывности суммы равномерно сходящегося ряда непрерывных функций, сумма ряда (1) является непрерывной функцией на [−r,r], включая точку x0.
Поскольку точкуx0∈(−R,R) мы взяли произвольную, то сумма ряда (1) непрерывна на интервале (−R,R).
Теорема 3
Если степенной ряд (1) с радиусом сходимости R>0
расходится в точке x=R или x=−R, то он не является равномерно сходящимся на (−R,R).
Доказательство
Пусть ряд (1) расходится при x=R. В случае, если
бы ряд (1) на (−R,R) сходился равномерно, то, согласно теореме о почленном переходе к пределу, мы получили бы, что сходится ряд из
пределов
∞∑n=0limx→R−0anxn=∞∑n=0anRn,
однако это противоречит предположению. Теорема доказана.
Вторая теорема Абеля
Если R – радиус сходимости ряда ∑n=0∞anzn и это ряд сходится при z=R, то он сходится равномерно на от отрезке [0;R] действительной оси.
Доказательство
Пусть x не превышает радиуса сходимости ряда. То есть:0≤x≤R. Заменим переменную x на R и получим из ряда ∞∑n=0anxn ряд, имеющий вид: ∞∑n=0anRn(xR)n. Видим, что полученный ряд ∞∑n=0anRn не зависит от переменной x, тогда его сходимость означает и равномерную сходимость. Очевидно, что последовательность (xR)n ограничена на отрезке [0;R], ее члены неотрицательны: 0≤(xR)n≤1. Эта последовательность убывает в каждой точке (при x=R она не строго убывает, точнее, является стационарной). Значит выполняются условия признака Абеля равномерной сходимости рядов. То есть ряд ∞∑n=0anzn равномерно сходится на отрезке [0;R].
Источники:
- В.И.Смирнов Курс высшей математики, Т.1.: Изд-во «Наука». 1974.(стр. 358-360)
- Курс математического анализа. Тер-Крикоров А.М., Шабунин М.И. 3-е изд., испр. — М.: 2001. — 672 с стр 425-440
- Л.Д.Кудрявцев. Курс математического анализа том 2 стр. 104-106.
- Лысенко З.М., Конспект лекций по математическому анализу, 2014-2015 гг., 1-ый курс, семестр 2
Тест для закрепления материала.
Разметка формул сбилась, проверил из браузеров chrome и Microsoft Edge
Да, почти во всех старых работах. Плагин, который использовался раньше для laTeX больше не поддерживается, а форк от фанатов слегка прихрамывает.
Здесь исправил, остальное берегу, как задание для первокурсников в 2021 году.