Processing math: 100%

Равномерная сходимость и непрерывность суммы степенного ряда, вторая теорема Абеля

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: 0rR.
Тогда сходится числовой ряд n=0anrn. Поэтому, в силу признака Вейерштрасса, из неравенства anxn∣≤∣anrn(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=0limxR0anxn=n=0anRn,
однако это противоречит предположению. Теорема доказана.

 

Спойлер

Вторая теорема Абеля

Если R – радиус сходимости ряда n=0anzn 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:0xR. 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)n1. 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:

Тест для закрепления материала.

Равномерная сходимость и непрерывность суммы степенного ряда, вторая теорема Абеля: 2 комментария

    1. 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *