Ряди із комплексними членами. Ряди в комплексній області Числові ряди з комплексними числами

Символ виду W 1 + W 2 +…+ W n +…= (1), де W n = u n + i· v n (n = 1, 2, …) комплексні числа (послідовності комплексних чисел) називаються поруч комплексних чисел.

Числа W n (n = 1, 2, …) називаються членами рядучлен W nназивається спільним членом ряду.

Числа виду S n = W 1 + W 2 +…+ W n (2) (n = 1, 2, …) , називаються частковими сумами ряду (1).

Кінцева чи нескінченна межа Sпослідовності S nназивається сумою цього ряду.

Якщо межа Sкінцевий, то ряд називається схожимякщо ж межа нескінченна, або зовсім не існує, то ряд розбіжний.

Якщо Sсума ряду (1), то пишуть
.

Нехай
, а
. Очевидно σ n = u 1 + u 2 +…+ u n , τ n = v 1 + v 2 +…+ v n. Як ми знаємо рівність
(Sзвичайно) еквівалентно двом рівностям
і
. Отже, збіжність ряду (1) еквівалентна збіжності двох речових рядів: і . Тому на комплексні ряди, що сходяться, поширюються основні властивості схожих числових рядів.

Наприклад, для комплексних рядів справедливий критерій Коші: ряд (1) сходиться тоді і лише тоді, коли для будь-кого

, що за всіх
n > Nі будь-комуp= 1, 2, … виконується нерівність.

З цього критерію безпосередньо випливає необхідна ознака збіжності ряду: для того, щоб ряд (1) сходився необхідно і достатньо, щоб його спільний членW n 0 .

Справедливі такі властивості рядів, що сходяться: якщо ряди і сходяться до своїх сумSіd, то ряди
і
сходяться відповідно до сумS ± dі λ·S .

Абсолютно схожі ряди комплексних чисел.

Ряд комплексних чисел (1) називається абсолютно схожимякщо сходиться ряд
(2).

Теорема.

Кожен цілий ряд (1) комплексних чисел сходиться.

Доведення.

Очевидно, нам достатньо встановити, що для ряду виконуються умови критерію Коші збіжності ряду. Візьмемо будь-яке
. Через абсолютну збіжність ряду (1), ряд (2) сходиться. Тому для обраного

, що за будь-якого n > Nі р = 1,2, ...буде виконуватись нерівність
, але

, а тим більше виконуватиметься нерівність
за будь-якого n > Nі p=1,2,… Отже, для ряду (1) виконуються умови критерію Коші збіжності комплексного ряду. Тому ряд (1) сходиться. Теорема справедлива.

Теорема.

Для того, щоб ряд комплексних чисел (1) був абсолютно схожим, необхідно і достатньо, щоб абсолютно сходилися речові ряди (3) та (4) , деW n = u n + i· v n (n = 1, 2,…).

Доведення,

спирається на такі очевидні нерівності

(5)

Необхідність.Нехай ряд (1) абсолютно сходяться, покажемо, що ряд (3) і (4) абсолютно сходяться, тобто сходяться ряди
і
(6). З абсолютної збіжності ряду (1) випливає, що ряд (2)
сходиться, тоді з лівої частини нерівності (5) ряди (6) будуть сходитися, т. е. ряди (3) і (4) абсолютно сходяться.

Достатність.Нехай ряди (3) і (4) абсолютно сходяться, покажемо, що ряд (1) теж абсолютно сходяться, тобто що сходяться ряд (2). З абсолютної збіжності рядів (3) і (4) випливає, що ряди (6) сходяться, тому сходиться ряд
. Отже, з правої частини нерівності (5) ряд (2) сходиться, тобто. ряд (1) абсолютно сходиться.

Отже, абсолютна збіжність комплексного ряду (1) еквівалентна абсолютної збіжності речових числових рядів (3) та (4). Тому на комплексні ряди, що абсолютно сходяться, поширюються всі основні властивості речових абсолютно схожих числових рядів. Зокрема для комплексного ряду, що абсолютно сходить, справедлива теорема про перестановку його членів, тобто. перестановка членів у ряді, що абсолютно сходить, не впливає на суму ряду. Для встановлення абсолютної збіжності комплексного ряду може застосовуватись будь-яка ознака збіжності позитивного ряду.

Ознака Коші.

Нехай для ряду (1) існує межа
, тоді якщоq < 1 , то ряд (1) абсолютно сходится, если q>1, то ряд (1) розходиться.

Ознака Даламбер.

Якщо для ряду (1) комплексних чисел існує межа
, то приq < 1 этот ряд абсолютно сходится, а если q> 1, то ряд розходиться.

приклад.

Дослідити на абсолютну збіжність ряд
, тут
.

Знайдемо
. Очевидно
=
=
. Отже, низка абсолютно сходиться.

Абсолютно схожі ряди можна перемножувати. Твір абсолютно схожого на ряд, що сходить, - сходиться. Твір двох схожих може розходитися.

21.2 Числові ряди (ЧР):

Нехай z 1 , z 2 , ..., z n - Послідовність комплексних чисел, де

Опр 1.Вираз виду z 1 +z 2 +…+z n +…=(1)називається ЧР у комплексній області, причому z 1 , z 2 ,…, z n – члени числового ряду, z n – загальний член ряду.

Опр 2.Сума n перших членів комплексного ЧР:

S n =z 1 +z 2 + ... +z n називається n-ної часткової сумоюцього ряду.

Опр 3.Якщо існує кінцева межа при nпослідовності часткових сум S n числового ряду, то ряд називається схожим, при цьому саме число S називається сумою ЧР. Інакше ЧР називається розбіжним.

Дослідження збіжності ЧР із комплексними членами зводиться до дослідження рядів із дійсними членами.

Необхідна ознака збіжності:

сходиться

Опр4.ЧР називається абсолютно схожим, якщо сходиться низка модулів членів вихідного ЧР: |z 1 |+|z 2 |+…+| z n |+…=

Цей ряд називається модульним, де | z n | =

Теорема(Про абсолютну збіжність ЧР): якщо модульний ряд , то сходиться і ряд .

При дослідженні збіжності рядів із комплексними членами застосовують усі відомі достатні ознаки збіжності знакопозитивних рядів із дійсними членами, а саме, ознаки порівняння, Даламбера, радикальний та інтегральний ознаки Коші.

21.2 Ступінні ряди (СР):

Опр5.СР в комплексній площині називається вираз виду:

c 0 +c 1 z+c 2 z 2 +…+c n z n =, (4) де

c n – коефіцієнти СР (комплексні чи дійсні числа)

z = x + iy - комплексна змінна

x, y – дійсні змінні

Також розглядають СР виду:

c 0 +c 1 (z-z 0)+c 2 (z-z 0) 2 +…+c n (z-z 0) n +…=,

Який називається СР за ступенями різниці z-z 0 де z 0 фіксоване комплексне число.

Опр 6.Безліч значень z, при яких СР сходиться називається областю збіжностіСР.

Опр 7.СР, що сходить у деякій області, називається абсолютно (умовно) схожим, якщо сходиться (розходиться) відповідний модульний ряд.

Теорема(Абеля): Якщо СР сходиться при z=z 0 ¹0 (у точці z 0), він сходиться, і до того ж абсолютно всім z, задовольняють умові: |z|<|z 0 | . Если же СР расходится при z=z 0 ,то он расходится при всех z, удовлетворяющих условию |z|>|z 0 |.

З теореми випливає, що існує таке число R, що називається радіусом збіжності СР, Таке, що всім z, котрим |z| R - СР розходиться.

Областю збіжності СР є начинка кола |z|

Якщо R=0, то СР сходиться лише у точці z=0.



Якщо R=¥, то областю збіжності СР є комплексна площина.

Областью збіжності СР є начинка кола |z-z 0 |

Радіус збіжності СР визначається формулами:

21.3 Ряд Тейлора:

Нехай функція w=f(z) аналітична у колі z-z 0

f(z)= =C 0 +c 1 (z-z 0)+c 2 (z-z 0) 2 +…+c n (z-z 0) n +…(*)

коефіцієнти якої обчислюються за такою формулою:

c n =, n = 0,1,2, ...

Такий СР (*) називається рядом Тейлора для функції w=f(z) за ступенями z-z 0 або навколо точки z 0 . З урахуванням узагальненої інтегральної формули Коші коефіцієнти ряду (*) Тейлора можна записати у вигляді:

C – коло з центром у точці z 0 , що повністю лежить усередині кола | z-z 0 |

При z 0 =0 ряд (*) називається поруч Маклорена. За аналогією з розкладаннями до ряду Маклорена основних елементарних функцій дійсного змінного можна отримати розкладання деяких елементарних ФКП:

Розкладання 1-3 справедливі по всій комплексній площині.

4). (1+z) a = 1+

5). ln(1+z) = z-

Розкладання 4-5 справедливі у сфері |z|<1.

Підставимо в розкладання для e z замість z вираз iz:

(формула Ейлера)

21.4 Ряд Лорана:

Ряд із негативними ступенями різниці z-z 0:

c -1 (z-z 0) -1 + c -2 (z-z 0) -2 + ... + c -n (z-z 0) -n + ... = (**)

Підстановкою ряд (**) перетворюється на ряд за ступенями змінної t: c -1 t+c -2 t 2 +…+c - n t n +… (***)

Якщо ряд (***) сходиться у колі | t | r.

Утворимо новий ряд як суму рядів (*) та (**) змінюючи n від -¥ до +¥.

…+c - n (z-z 0) - n +c -(n -1) (z-z 0) -(n -1) +…+c -2 (z-z 0) -2 +c -1 (z-z 0) - 1 + c 0 + c 1 (z-z 0) 1 + c 2 (z-z 0) 2 + ...

…+c n (z-z 0) n = (!)

Якщо ряд (*) сходиться області |z-z 0 | r то областю збіжності ряду (!) буде загальна частина цих двох областей збіжності, тобто. кільце (r<|z-z 0 |кільцем збіжності ряду.

Нехай функція w=f(z) – аналітична та однозначна у кільці (r<|z-z 0 |

коефіцієнти якої визначаються за такою формулою:

C n = (#), де

С – коло з центром у точці z 0 яка повністю лежить всередині кільця збіжності.

Ряд (!) називається поряд Лоранадля функції w=f(z).

Ряд Лорана для функції w=f(z) складається з 2-х частин:

Перша частина f 1 (z) = (!!) називається правильною частиноюряду Лорана. Ряд (!!) сходить до функції f 1 (z) всередині кола | z-z 0 |

Друга частина ряду Лорана f 2 (z) = (!!!) - Головна частинаряду Лорана. Ряд (!!!) сходить до функції f 2 (z) поза коло | z-z 0 |

Усередині кільця ряд Лорана сходить до функції f(z)=f1(z)+f2(z). У деяких випадках або головна, або правильна частина ряду Лорана може бути або відсутні, або містити кінцеве число членів.

Насправді для розкладання функції до ряду Лорана зазвичай обчислюють коефіцієнти З n (#), т.к. вона призводить до громіздких обчислень.

Насправді надходять так:

1). Якщо f(z) – дробово-раціональна функція, то її представляють у вигляді суми простих дробів, при цьому дріб виду , де a-const розкладають у ряд геометричної прогресії за допомогою формули:

1+q+q 2 +q 3 +…+=, |q|<1

Дроб виду розкладають у ряд, який виходить диференціюванням ряду геометричної прогресії (n-1) разів.

2). Якщо f(z) - ірраціональна або трансцендентна, то використовують відомі розкладання в ряд Маклорена основних елементарних ФКП: e z sinz, cosz, ln(1+z), (1+z) a .

3). Якщо f(z) – аналітична в нескінченно віддаленій точці z=¥, то підстановкою z=1/t завдання зводиться до розкладання функції f(1/t) до ряду Тейлора на околиці точки 0, причому z-околиці точки z=¥ вважається зовнішність кола з центром у точці z = 0 і радіусом рівним r (можливо r = 0).

Л.1 ПОДВІЙНИЙ ІНТЕГРАЛ У ДЕКАТОВИХ КООРД.

1.1 Основні поняття та визначення

1.2 Геометричний та фізичний зміст ДВІ.

1.3 основні властивості ДВІ

1.4 Обчислення ДВІ у декартових координатах

Л.2 ДВІ в ПОЛЯРНИХ КООРДИНАТАХ. ЗАМІНА ЗМІННИХ в ДВІ.

2.1 Заміна змінних ДВІ.

2.2 ДВІ у полярних координатах.

Л.3Геометричні та фізичні додатки ДВІ.

3.1 Геометричні додатки ДВІ.

3.2 Фізичні програми подвійних інтегралів.

1. Маса. Обчислення маси плоскої фігури.

2.Обчислення статичних моментів та координат центру тяжкості (центру мас) пластини.

3. Обчислення моментів інерції пластини.

Л.4ПОТРІЙНИЙ ІНТЕГРАЛ

4.1 ТРИ: основні поняття. Теорема існування.

4.2 Основні св-ва ТРИ

4.3 Обчислення ТРІ у декартових координатах

Л.5 КРИВОЛІНІЙНІ ІНТЕГРАЛИ ПО КООРДИНАТАМ II РОДУ – КРІ-II

5.1 Основні поняття та визначення КРІ-II, теорема існування

5.2 Основні властивості КРІ-II

5.3 Обчислення КРІ – II до різних форм завдання дуги АВ.

5.3.1 Параметричне завдання шляхів інтегрування

5.3.2. Явне завдання кривої інтегрування

Л. 6. ЗВ'ЯЗОК МІЖ ДВІ та КРІ. СВ-ВА КРІ ІІ-го РОДУ ЗВ'ЯЗАНІ З ФОРМОЙ ШЛЯХУ ІНТЕГР.

6.2. Формула Гріна.

6.2. Умови (критерії) рівності нулю контурного інтегралу.

6.3. Умови незалежності КРІ від форми шляхів інтегрування.

Л. 7Умови незалежності КРІ 2-го роду від форми шляху інтегрування (продовження)

Л.8 Геометрична та фізичні додатки КРІ 2-го роду

8.1 Вирахування S плоскої фігури

8.2 Обчислення роботи зміною сили

Л.9 Поверхневі інтеграли за площею поверхні (ПВІ-1)

9.1. Основні поняття, теорема існування.

9.2. Основні властивості ПВІ-1

9.3.Гладкі поверхні

9.4.Обчислення ПВІ-1 побаченням до ДВІ.

Л.10. ПОВЕРХНЬ. ІНТЕГРАЛИ по КООРД. (ПВІ2)

10.1. Класифікація гладких поверхонь.

10.2. ПВІ-2: визначення, теорема існування.

10.3. Основні характеристики ПВІ-2.

10.4. Обчислення ПВІ-2

Лекція № 11. ЗВ'ЯЗОК МІЖ ПВІ, ТРИ та КРІ.

11.1.Формула Остроградського-Гаусса.

11.2 Формула Стокса.

11.3. Застосування ПВІ для обчислення обсягів тел.

ЛК.12 ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ ПОЛЯ

12.1. Теор. Поля, осн. Поняття та визначення.

12.2 Скалярне поле.

Л. 13 ВЕКТОРНЕ ПОЛЕ (ВП) І ЙОГО ХАР-КИ.

13.1 Векторні лінії та векторні поверхні.

13.2 Потік вектора

13.3. Дивергенція поля. Формула Остр.-Гаусса.

13.4 Циркуляція поля

13.5 Ротор (вихор) поля.

Л.14 СПЕЦ. ВЕКТОРНІ ПОЛЯ ТА ЇХ ХАР-КИ

14.1 Векторні диференціальні операції 1 порядку

14.2 Векторні диференціальні операції ІІ – порядку

14.3 Соленоїдальне векторне поле та його властивості

14.4 Потенційне (безвихрове) ВП та його властивості

14.5 Гармонічне поле

Л.15 ЕЛЕМЕНТИ ФУНКЦІЇ КОМПЛЕКСНОГО ЗМІННОГО. КОМПЛЕКСНІ ЧИСЛА (К/Ч).

15.1. К/год визначення, геометричне зображення.

15.2 Геометричне уявлення к/ч.

15.3 Операція над к/год.

15.4 Поняття розширеної комплексної z-пл.

Л.16 МЕЖА НАСЛІДНОСТІ КОМПЛЕКСНИХ ЧИСЕЛ. Функція комплексного змінного (ФКП) та її межі.

16.1. Послідовність комплексних чисел визначення, критерій існування.

16.2 Арифметичні властивості межі комплексних чисел.

16.3 Функція комплексного змінного: визначення, безперервність.

Л.17 Основні елементарні ф-ції комплексного змінного (ФКП)

17.1. Однозначні елементарні ФКП.

17.1.1. Ступінна ф.-ція: ω=Z n .

17.1.2. Показова ф.-ція: ω=e z

17.1.3. Тригонометричні ф.-ції.

17.1.4. Гіперболічні ф.-ції (shZ, chZ, thZ, cthZ)

17.2. Багатозначні ФКП.

17.2.1. Логарифмічна ф.-ція

17.2.2. arcsin числа Z зв. число ω,

17.2.3.Узагальнена статечна показова ф.-ція

Л.18 Диференціювання ФКП. аналітич. ф-ія

18.1. Похідна та диференціал ФКП: основні поняття.

18.2. Критерій диференціювання ФКП.

18.3. Аналітична функція

Л. 19 ІНТЕГРАЛЬНЕ ЗЛІЧЕННЯ ФКП.

19.1 Інтеграл від ФКП(ІФКП): опр., зведення КРІ, теор. істот.

19.2 Про істот. ІФКП

19.3. Теор. Коші

Л.20. Геометричний зміст модуля та аргументу похідної. Поняття про конформне тобрування.

20.1 Геометричний зміст модуля похідної

20.2 Геометричний сенс аргументу похідної

Л.21. Ряди у комплексній області.

21.2 Числові ряди (ЧР)

21.2 Ступінні ряди (СР):

21.3 Ряд Тейлора

19.4.1. Числові лави з комплексними членами.Всі основні визначення збіжності, властивості рядів, що сходяться, ознаки збіжності для комплексних рядів нічим не відрізняються від дійсного випадку.

19.4.1.1. Основні визначення. Нехай дана нескінченна послідовність комплексних чисел z 1 , z 2 , z 3 , …, z n , … .Дійсту частину числа z n будемо позначати a n , уявляю - b n

(Тобто. z n = a n + i b n , n = 1, 2, 3, …).

Числовий ряд- Запис виду.

Частковісумиряду: S 1 = z 1 , S 2 = z 1 + z 2 , S 3 = z 1 + z 2 + z 3 , S 4 = z 1 + z 2 + z 3 + z 4 , …,

S n = z 1 + z 2 + z 3 + … + z n , …

Визначення.Якщо існує межа S послідовності часткових сум ряду при
, Що є власним комплексним числом, то кажуть, що ряд сходиться; число S називають сумою ряду та пишуть S = z 1 + z 2 + z 3 + … + z n + … або
.

Знайдемо дійсні та уявні частини часткових сум:

S n = z 1 + z 2 + z 3 + … + z n = (a 1 + i b 1) + (a 2 + i b 2) + (a 3 + i b 3) + … + (a n + i b n ) = (a 1 + a 2 + a 3 +…+ a n ) +

Де символами і позначені дійсна та уявна частини часткової суми. Числова послідовність сходить тоді й тільки тоді, коли сходяться послідовності, складені з її дійсної і уявної частин. Таким чином, ряд з комплексними членами сходиться тоді і лише тоді, коли сходяться лави, утворені його дійсною та уявною частинами. На цьому твердженні заснований один із способів дослідження збіжності рядів із комплексними членами.

приклад.Дослідити на збіжність ряд .

Випишемо кілька значень виразу : далі значення періодично повторюються. Ряд із дійсних елементів: ; ряд з уявних частин; обидва ряди сходяться (умовно), тому вихідний ряд сходяться.

19.4.1.2. Абсолютна збіжність.

Визначення.Ряд називається абсолютно схожимякщо сходиться ряд
, Складений з абсолютних величин його членів.

Так само, як і для числових дійсних рядів із довільними членами, легко довести, що якщо сходиться ряд
, то обов'язково сходиться ряд (
тому ряди, утворені дійсною і уявною частинами ряду , сходяться абсолютно). Якщо ряд сходиться, а ряд
розходиться, то ряд називається умовно схожим.

Ряд
- Ряд з невід'ємними членами, тому для дослідження його збіжності можна застосовувати всі відомі ознаки (від теорем порівняння до інтегральної ознаки Коші).

приклад.Дослідити на збіжність ряд
.

Складемо ряд із модулів ():
. Цей ряд сходиться (ознака Коші
), тому вихідний ряд сходиться абсолютно.

19.4. 1 . 3 . Властивості рядів, що сходяться.Для рядів, що сходяться, з комплексними членами справедливі всі властивості рядів з дійсними членами:

Необхідна ознака збіжності низки. Загальний член ряду, що сходить, прагне до нуля при
.

Якщо сходиться ряд , то сходиться будь-який його залишок, Назад, якщо сходиться якийсь залишок ряду, то сходиться і сам ряд.

Якщо ряд сходиться, то сума його залишку післяn -го члена прагне до нуля при
.

Якщо всі члени ряду, що сходить, помножити на одне і те ж числоз , то збіжність ряду збережеться, а сума помножиться наз .

Сходові ряди (А ) та (У ) можна почленно складати та віднімати; отриманий ряд теж сходитиметься, і його сума дорівнює
.

Якщо члени ряду, що сходить, згрупувати довільним чином і скласти новий ряд із сум членів у кожній парі круглих дужок, то цей новий ряд теж буде сходитися, і його сума дорівнюватиме сумі вихідного ряду.

Якщо ряд сходить абсолютно, то при будь-якій перестановці його членів збіжність зберігається і сума не змінюється.

Якщо ряди (А ) та (У ) сходяться абсолютно до своїх сум
і
, їх добуток при довільному порядку членів теж сходиться абсолютно, та її сума дорівнює
.

1. Комплексні числа. Комплексними числаминазиваються числа виду х+iy,де хі у -дійсні числа, i-уявна одиниця,обумовлена ​​рівністю i 2 =-1.Справжні числа хі уназиваються відповідно дійсноюі уявною частинамикомплексного числа z.Для них вводяться позначення: x=Rеz; y=Imz.

Геометрично кожне комплексне число z = x + iyзображується точкою М (х; у)координатної площини xOу(Рис. 26). У цьому випадку площина хОуназивають комплексною числовою площиною, або площиною комплексного змінного z.

Полярні координати rі φ крапки М,є зображенням комплексного числа z, називаються модулемі аргументомкомплексного числа z; для них вводяться позначення: r=|z|, φ=Arg z.

Оскільки кожній точці площини відповідає безліч значень полярного кута, що відрізняються один від одного на 2kπ (k-ціле позитивне або негативне число), то Агg z-нескінченнозначна функція z.

Те зі значень полярного кута φ , яка задовольняє нерівності –π< φ ≤ π, називають головним значеннямаргументу z та позначають аrg z.

Надалі позначення φ збережемо лише для головного значення аргументу z , тобто. покладемо φ =аrg z,через що для всіх інших значень аргументу zотримаємо рівність

Аrg z = аrg z + 2kπ =φ + 2kπ.

Співвідношення між модулем та аргументом комплексного числа z та його дійсною та уявною частинами встановлюються формулами

x = r cos φ; y = r sin φ.

Аргумент zможна визначити також за формулою

arg z = arctg (у/г)+С,

де З= 0 при х > 0, З= +π при х<0, у> 0; С = - π при x < 0, у< 0.

Замінюючи xі уу записі комплексного числа z = х + iуїх виразами через rі φ , отримуємо так звану тригонометричну форму комплексного числа:

Комплексні числа z 1 = х 1 + iy 1і z 2 = x 2 + iy 2вважаються рівнимитоді і тільки тоді, коли в них рівні окремо дійсні та уявні частини:

z 1 = z 2, якщо x 1 = x 2, у 1 = у 2.

Для чисел, заданих у тригонометричній формі, рівність має місце, якщо модулі цих чисел рівні, а аргументи відрізняються на ціле кратне 2π:

z 1 = z 2,якщо |z 1 | = | z 2 |і Аrg z 1 = Аrg z 2 +2kπ.

Два комплексні числа z = х + iута z = х -iуз рівними дійсними та протилежними уявними частинами називаються пов'язаними.Для пов'язаних комплексних чисел виконуються співвідношення

|z 1 | = | z 2 |; аrg z 1 = -аrg z 2

(Останній рівності можна надати вигляду Arg z 1 + Arg z 2 = 2kπ).

Події над комплексними числами визначаються такими правилами.

Додавання. Якщо z 1 = x 1 + iy 1 , z 2 = x 2 + iy 2, то



Додавання комплексних чисел підпорядковується переміщувальному та сполучному законам:

Віднімання. Якщо , то

Для геометричного пояснення додавання та віднімання комплексних чисел корисно зображати їх не крапками на площині z,а векторами: число z = х + iузображується вектором мають початок у точці О («нульової» точці площини - початку координат) і кінець у точці М (х; у).Тоді додавання та віднімання комплексних чисел виконується за правилом складання та віднімання векторів (рис. 27).

Таке геометричне тлумачення операцій складання та віднімання векторів дозволяє легко встановити теореми про модуль суми та різниці двох і суму кількох комплексних чисел, що виражаються нерівностями:

| |z 1 |-|z 2 | | ≤ |z 1 ±z 2 | ≤ |z 1 | + |z 2 | ,

Крім того, корисно пам'ятати, що модуль різниці двох комплексних чисел z 1 і z 2 дорівнює відстані між точками, що є їх зображеннями на площині z:| | z 1 -z 2 | = d (z 1, z 2).

множення. Якщо z 1 = x 1 + iy 1 , z 2 = x 2 + iy 2. то

z 1 z 2 =(x 1 x 2 -y 1 y 2)+i(x 1 y 2 +x 2 y 1).

Таким чином, комплексні числа перемножуються як двочлени, причому i2 замінюється на -1.

Якщо то

Таким чином, модуль твору дорівнює твору модулів сомноекі* телів, а аргумент твору-сумі аргументів співмножників.Множення комплексних чисел підпорядковується переміщувальному, сполучному та розподільчому (по відношенню до додавання) законам:

Розподіл.Для знаходження приватного двох комплексних чисел, заданих в формі алгебри, слід ділене і дільник помножити на число, пов'язане з дільником:


" Якщо задані у тригонометричній формі, то

Таким чином, модуль приватного дорівнює приватному модулів діленого та дільника,а аргументприватного дорівнює різниці аргументів діленого та дільника.

Зведення в ступінь. Якщо z = , то за формулою бінома Ньютона маємо

(п-ціле позитивне число); в отриманому виразі треба замінити ступеня iїх значеннями:



i 2 = -1; i 3 =i; i 4 =1; i 5 =1,…

і, у загальному випадку,

i 4k = 1; i 4k+1 =i; i 4k+2 = -1; i 4k+3 = -i .

Якщо то

(тут пможе бути як цілим позитивним, і цілим негативним числом).

Зокрема,

(Формула Муавра).

Вилучення кореня. Якщо п-ціле позитивне число, , то корінь n-го ступеня з комплексного числа zмає n різних значень, що знаходяться за формулою

де k = 0, 1, 2, ..., n-1.

437. Знайти (z 1 z 2)/z 3 , якщо z 1 = 3 + 5i, z 2 = 2+3i, z 3 = 1+2i.

438.
число z= 2 + 5i.

∆ Знаходимо модуль комплексного числа: . Знаходимо головне значення аргумента: . Отже, ▲

439. Подати у тригонометричній формі комплексне
число

∆ Знаходимо , ; , ,Тобто.

440. Представити у тригонометричній формі комплексні
числа 1, i, -1, -i.

441. Уявити числа , ,
у тригонометричній формі, а потім знайти комплексне число
z 1 /(z 2 z 3).

∆ Знаходимо

Отже,

442. Знайти всі значення.

∆ Запишемо комплексне число у тригонометричній формі. Маємо , , . Отже,

Отже, , ,

443. Розв'язати двочленне рівняння ω 5 + 32i = 0.

∆ Перепишемо, рівняння у вигляді ω 5 + 32i = 0. Число -32iпредставимо у тригонометричній формі:

Якщо k = 0,(A).

k =1,(B).

k =2,(C).

k =3,(D).

k =4,(E).

Корінням двочленного рівняння відповідають вершини правильного п'ятикутника, вписаного в коло радіуса R = 2із центром на початку координат (рис. 28).

Взагалі корінням двочленного рівняння n = а,де а-комплексне число, відповідають вершини правильного n-кутника, вписаного в коло з центром на початку координат і радіусом, рівним ▲

444. Користуючись формулою Муавра, висловити соs5φі sin5 φчерез соsφі sinφ.

∆ Ліву частину рівності перетворимо за формулою бінома Ньютона:

Залишається прирівняти дійсні та уявні частини рівності:

445. Дано комплексне число z = 2-2i. Знайти Re z, Im z, | z |, arg z.

446. z = -12+5i.

447 . Обчислити за формулою Муавра вираз (зі 2° + isin 2°) 45 .

448. Обчислити за формулою Муавра.

449. Подати у тригонометричній формі комплексне число

z = 1 + сос 20° +isin 20°.

450. Обчислити вираз (2 + 3i) 3 .

451. Обчислити вираз

452. Обчислити вираз

453. Подати у тригонометричній формі комплексне число 5-3i.

454. Подати у тригонометричній формі комплексне число -1 + i.

455. Обчислити вираз

456. Обчислити вираз попередньо представивши в тригонометричній формі множники у чисельнику та знаменнику.

457. Знайти всі значення

458. Розв'язати двочленне рівняння

459. Виразити соs4φі sin4φчерез соsφі sinφ.

460. Показати, що відстань між точками z 1і z 2і | z 2-z 1|.

∆ Маємо z 1 = х 1 + iу 1, z 2 = х 2 + iу 2, z 2 -z 1 = (x 2 -x 1) + i(y 2 -y 1),звідки

тобто. | z 2-z 1| дорівнює відстані між даними точками. ▲

461. Яка лінія описується крапкою z, що задовольняє рівняння де з-постійне комплексне число, а R>0?

462. Який геометричний зміст нерівностей: 1) | z-с| ;2) |z-с|>R?

463. Який геометричний зміст нерівностей: 1) Re z > 0; 2) Im z< 0 ?

2. Ряди з комплексними членами. Розглянемо послідовність комплексних чисел z 1 , z 2 , z 3 , ..., де z п = x п + iу п (п = 1, 2, 3, ...).Постійне число з = а + biназивається межеюпослідовності z 1 , z 2 , z 3 , ..., якщо для будь-якого скільки завгодно малого числа δ>0 знайдеться такий номер N,що ріє значення z пз номерами п > Nзадовольняють нерівності \z п-с\< δ . У цьому випадку пишуть .

Необхідна та достатня умова існування межі послідовності комплексних чисел полягає в наступному: число з = а + biє межею послідовності комплексних чисел х 1 +iу 1, х 2 +iу 2, х 3 +iу 3, …і тоді, коли , .

(1)

членами якого є комплексні числа, називається схожим,якщо n-ячасткова сума ряду S n при п → ∞прагне певної кінцевої межі. В іншому випадку ряд (1) називається розбіжним.

Ряд (1) сходиться тоді і лише тоді, коли сходяться ряди із дійсними членами

(2) Дослідити збіжність рядуЦей ряд, члени якого утворюють нескінченно спадаючу геометричну прогресію, сходиться; отже, заданий ряд із комплексними членами сходиться абсолютно. ^

474. Знайти область збіжності ряду

Транскрипт

1 Федеральне агентство з освіти Томський державний архітектурно-будівельний університет РЯДИ З КОМПЛЕКСНИМИ ЧЛЕНАМИ Методичні вказівки для самостійної роботи УЧАСНИКИ Лесняк, ВА Старенченко Томськ

2 Ряди з комплексними членами: методичні вказівки / Сост Лісняк, ВА Старенченко - Томськ: Изд-во Том держ архіт-будує ун-ту, з Рецензент професор ПН Бєлов Редактор ЕЮ Глотова Методичні вказівки призначені для самостійного вивчення студентами-го курсу всіх спеціальностей теми «Ряди з комплексними членами» дисципліни ЄНФ «Математика» Друкуються за рішенням методичного семінару кафедри вищої математики, протокол 4 від березня р. Затверджено та введено в дію проректором з навчальної роботи ВВ Дзюбо з 5 до 55 6 84/6 Папір офсет Гарнітура Таймс Уч-изд л,6 Тираж 4 Замовлення Вид-во ТГАСУ, 64, м Томськ, пл Соляна, Надруковано з оригінал-макета в ООП ТГАСУ 64, м Томськ, вул Партизанська, 5

3 РЯДИ З КОМПЛЕКСНИМИ ЧЛЕНАМИ ТЕМА Числові ряди з комплексними членами Нагадаємо, що комплексними числами називають числа виду z = x y, де х і у дійсні числа, а уявна одиниця, яка визначається рівністю = - Числа х і у називають відповідно до дійсної та уявної частин числа z і позначають х = Rez, y = Imz Очевидно, між точками М(х, у) площини ХОУ з декартовою ортогональною системою координат та комплексними числами виду z = x y існує взаємно однозначна відповідність Площина ХОУ називають комплексною площиною, а z називають точкою цієї площини Дійсним числам відповідає вісь абсцис, яка називається дійсною віссю, а числам виду z = y відповідає вісь ординат, яка називається уявною віссю Якщо полярні координати точки М(х,у) позначити через r і j, тоді х = r cosj, y = r s j і число z запишеться у вигляді: z = r (cosj sj), де r = x y Така форма запису комплексного числа називається тригонометричною, запис z у вигляді z = x y називають формою алгебри записи Число r називається модулем числа z, число j аргументом (на точку z = поняття аргументу не поширюється) Модуль числа z однозначно визначається формулою z = x y Аргумент j однозначно визначається лише за додаткової умови - π< j π (или j < π), обозначается в этом случае arq z и называется главным значением аргумента

4 числа z (рис) Значення цьому слід пам'ятати, що y arq z - π виражається через< arctg y x < π y arctg, при x r = z = x y М (x, y) j = arq z Рис x Если считать, что - π < arg z π, то y arg z = arctg, если х >, y; x у arg z = -arctg, якщо х>, y< ; х у arg z = -π arctg, если х <, y < ; х у arg z = π - arctg, если х <, y ; х π arg z =, если х =, y >; π arg z = - якщо х =, y< Например, если z = - (х <, y >), 4

5 π arg z = π - arctg = π - = π; z = = (рис) М y r = j = p x Рис У тригонометричній формі число z = - запишеться у вигляді: - = сos π s π è Операції над комплексними числами рекомендується повторити самостійно Нагадаємо лише формулу зведення числа z у ступінь: z = ( x y) = r (cosj s j) 5

6 6 Ключові питання теорії Короткі відповіді Визначення ряду з комплексними членами Поняття збіжності ряду Необхідна умова збіжності Визначення Нехай задана послідовність z ) = ( x y ) = z, z, z, комплексних чисел Символ виду ( å = z називається поруч, z загальний член ряду Поняття часткових сум S ряду, його збіжності та розбіжності повністю відповідають аналогічним поняттям для рядів з дійсними членами Послідовність часткових сум ряду має вигляд: S = z , S = z z ; Нагадаємо, що визначення межі послідовності комплексних чисел, яким ми скористалися, формально нічим не відрізняється від визначення межі послідовності дійсних чисел: def (lm S = S) = (" ε > $ N > : > N Þ S - S< ε) Как и в случае рядов с действительными членами, необходимым условием сходимости ряда å = z является стремление к

7 нулю загального члена z ряду при Це означає, що якщо ця умова порушена, тобто якщо lm z ¹, ряд розходиться, якщо ж lm z =, питання про збіжність ряду залишається відкритим Чи можна дослідити ряд å (х = на збіжність шляхом дослідження х і ? у, при цьому якщо ? х = S = де ? S = (х y) = ? його суму 7

8 Рішення Ряд å сходиться, т к ~ = () () при Сума S цього ряду дорівнює (Гл, тема, п) Ряд å сходиться як нескінченно спадна геометрична = прогресія, при цьому å = () è S b = - q = сходиться, і його сума Таким чином, ряд S = Приклад Ряд å розходиться, т к розходиться = è! гармонійний ряд å У цьому випадку досліджувати на сходи- = мість ряд å =! не має сенсу Приклад Ряд ?

9 Якими властивостями мають ряди, що сходяться, з комплексними членами? Властивості ті ж, що й у рядків, що сходяться з дійсними членами Властивості рекомендується повторити 4 Чи є для ряду з комплексними членами поняття його абсолютної збіжності? Теорема (достатня умова збіжності ряду) Якщо ряд å = z сходиться, тоді буде сходитися і ряд å = z Поняття абсолютної збіжності ряду å = z формально виглядає так само, як для рядів з дійсними членами. якщо сходиться ряд å = z Приклад Довести абсолютну збіжність ряду () () () 4 8 Рішення Скористаємося тригонометричною формою запису числа: 9

10 ? = = Це нескінченно спадна геометрична прогресія зі знаменником; така прогресія сходиться, і, отже, ряд сходиться абсолютно При доказі абсолютної збіжності часто використовується теорема Теорема Щоб ряд ? ! х і å = y сходиться - сходиться абсолютно, т к сходиться абсолютно å (-), а абсолютна збіжність = ряду å cosπ легко доводиться: =!

11 cosπ, а ряд å!! =! сходиться за ознакою Даламбера За ознакою порівняння ряд ? cosπ сходиться ? ряд ? =! сходиться абсолютно cosπ =! Розв'язання задач Дослідити на збіжність ряди 4: å; å(-) = è l l = è! l å = π - cos èè α tg π ; 4 å = è è;! Рішення ? l сходиться å(-) = è! l

12 Ряд сходиться, т к е =! сходиться на підставі граничної ознаки Даламбера, а ряд ? (-) сходиться за теоремою = l Лейбниця ? ? α π π s tg = èè При α< ряд будет расходиться, т к α π lm s ¹ Þ ряд å π s расходится, а это будет означать, что расходится и данный è = è ряд α π α π cost При α >s ~ = Ряд ? α

13 Таким чином, вихідний ряд буде сходитися при і розходитися при α 4 å = è è! α > Ряд å досліджуємо на збіжність за допомогою = è граничної ознаки Коші: lm = lm = > Þ è ряд розходиться ? 6 å (8) (-)! =! å = Рішення 5 å = π cos ()! å = - π cos сходиться абсолютно, т до (-)! сходиться за ознакою порівняння: π cos, причому ряд å (-)! (-)! = (-)! сходиться за ознакою Даламбера

14 4 6 å =!) 8 (До ряду!) 8 (å = застосуємо ознаку Даламбера:!) 8 (:)! () 8 (lm = 8 8 lm = 8 lm = = Þ< = lm ряд сходится Это означает, что данный ряд сходится абсолютно Банк задач для самостоятельной работы Ряды 6 исследовать на сходимость å = è ; å = è π s! 5 ; å = è π s! 5 ; 4 å = è è - l) (; 5 å = - è π tg e ; 6 å = è l Ответы:, 6 расходятся;, 4, 5 сходятся

15 5 Ряди 7 дослідити на абсолютну збіжність 7 å = è - π s) (; 8! å = è ; 9 å = è - 5 π s) (; , 9 розходиться, сходиться не абсолютно

16 ТЕМА Ступінні ряди з комплексними членами При вивченні розділу «Функціональні ряди» були детально розглянуті ряди, доданками яких були члени деякої послідовності функцій дійсного змінного. Було доведено (теорема Абеля), що кожен статечний ряд має інтервал збіжності (х - R, x R), всередині якого сума S (x) ряду безперервна і що статечний ряд усередині інтервалу збіжності можна почленно диференціювати і почленно інтегрувати ці чудові властивості статечних рядів відкрили широкі можливості для їх численних додатків У цій темі будуть розглянуті статечні ряди не з дійсними, а з комплексними членами 6 Ключові питання теорії і z задані комплексні числа, а z комплексне змінне У окремому випадку, коли z =, статечний ряд має вигляд å = a z ()

17 Очевидно, ряд () зводиться до ряду () введенням нової змінної W = z - z, тому ми, в основному, будемо мати справу з рядами виду () Теорема Абеля Якщо статечний ряд () сходиться при z = z ¹, то він сходиться і до того ж абсолютно за будь-якого z, для якого z< z Заметим, что и формулировка, и доказательство теоремы Абеля для рассмотренных ранее степенных рядов å aх ничем = не отличается от приведенной теоремы, но геометрическая иллюстрация теоремы Абеля разная Ряд å = условия х a х при выполнении х < будет сходиться на интервале - х, х) (рис), y (а для ряда с комплексными членами условие z z < означает, что ряд будет сходиться внутри круга радиуса z (рис 4) x x x - x z z x Рис Рис 4 7

18 Теорема Абеля має слідство, яке стверджує, що якщо ряд å = a z розходиться при * z = z, то він буде розходитися і при кожному z, для якого * z > z Чи є для статечних рядів () і () поняття радіуса збіжності? Так, є Радіус збіжності R число, яке має ту властивість, що при всіх z, для яких z< R, ряд () сходится, а при всех z, для которых z >R, ряд () розходиться 4 Що є областю збіжності ряду ()? Якщо R радіус збіжності ряду (), то безліч точок z для яких z< R принадлежит кругу радиуса R, этот круг называют кругом сходимости ряда () Координаты точек М (х, у), соответствующих числам z = x y, попавшим в круг сходимости, будут удовлетворять неравенству x < y R Очевидно, круг сходимости ряда å a (z - z) имеет центр = уже не в начале координат, а в точке М (х, у), соответствующей числу z Координаты точек М (х, у), попавших в круг сходимости, будут удовлетворять неравенству (x - х) (y - у < R) 8

19 5 Чи можна знаходити радіус збіжності a за формулами R = lm і R = lm, a a які мали місце для статечних рядів із дійсними членами? Можна, якщо ці межі існують Якщо виявиться, що R =, це означатиме, що ряд () сходиться тільки в точці z = або z = z для ряду () При R = ряд буде сходитися на всій комплексній площині Приклад Знайти радіус збіжності ряду å z = a Рішення R = lm = lm = a Таким чином, ряд сходиться всередині кола радіусу Приклад цікавий тим, що на межі кола x y< есть точки, в которых ряд сходится, и есть точки, в которых расходится Например, при z = будем иметь гармонический ряд å, который расходится, а при = z = - будем иметь ряд å (-), который сходится по теореме = Лейбница Пример Найти область сходимости ряда å z =! Решение! R = lm = lm () = Þ ряд сходится ()! на всей комплексной плоскости 9

20 Нагадаємо, що статечні ряди å = a х всередині свого інтервалу збіжності сходяться не тільки абсолютно, але й рівномірно. колі z r за умови, що r< R, будет сходиться абсолютно и равномерно Сумма S (z) степенного ряда с комплексными членами внутри круга сходимости обладает теми же свойствами, что и сумма S (x) степенного ряда å a х внутри интервала сходимости Свойства, о которых идет речь, рекомендуется = повторить 6 Ряд Тейлора функции комплексного переменного При изучении вопроса о разложении в степенной ряд функции f (x) действительного переменного было доказано, что если функция f (x) на интервале сходимости степенного ряда å a х представима в виде å f (x) = a х, то этот степенной ряд является ее рядом Тейлора, т е коэффициенты вычис- = = () f () ляются по формуле a =! Аналогичное утверждение имеет место и для функции f (z): если f (z) представима в виде f (z) = a a z a z

21 у колі радіуса R > збіжності ряду, то цим рядом є ряд Тейлора функції f (z), е f () f () f å = () (z) = f () z z = z! Коефіцієнти ряду å = () f (z) a =! f () a (z - z) обчислюються за формулою Нагадаємо, що визначення похідної f (z) формально дається так само, як і для функції f (x) дійсного змінного, тобто f (z) = lm def f (z Dz) - f(z) Dz Dz Правила диференціювання функції f(z) ті самі, що й правила диференціювання функції дійсного змінного 7 У якому разі функція f(z) називається аналітичною в точці z? Поняття аналітичної у точці z функції дається за аналогією з поняттям дійсної аналітичної у точці х функції f(х) Визначення Функція f(z) називається аналітичною у точці z, якщо існує R > таке, що у колі z z< R эта функция представима степенным рядом, т е å = f (z) = a (z - z), z - z < R -

22 Ще раз підкреслимо, що подання аналітичної в точці z функції f (z) у вигляді статечного ряду єдино, і цим рядом є її ряд Тейлора, тобто коефіцієнти ряду обчислюються за формулою () f (z) a =! 8 Основні елементарні функції комплексного змінного Теоретично статечних рядів функцій дійсного змінного було отримано розкладання до ряду функцій е х: = å х х е, xî(-,) =! При рішенні прикладу пункту 5 ми переконалися, що ряд å z сходиться на всій комплексній площині. У окремому випадку при z = x його сума дорівнює ех. дуючої ідеї: при комплексних значеннях z функцію е z за визначенням вважати сумою ряду å z Таким чином, =! z е () def å z = =! Визначення функцій ch z і sh z x - x Оскільки ch = = å k e e х x, х Î (-,) k = (k)! x - x e - e sh = = x k = k х, (k)! х Î (-,),

23 а функція е z визначена тепер для всіх комплексних z, то природно на всій комплексній площині прийняти ch z =, def z - z e def z - z e - e sh z = Таким чином: z -z k e - e z sh z = = гіперболічний синус ; (k)! k = z - z k e e z ch z = = гіперболічний косинус; k = (k)! shz th z = гіперболічний тангенс; chz chz cth z = гіперболічний котангенс shz Визначення функцій s z та cos z Скористаємося отриманими раніше розкладаннями: k k (-) s x x = k = (k)!, k k (-) x cos x =, k = (k)! ряди сходяться на всій числовій осі При заміні в цих рядах х на z ми отримаємо статечні ряди з комплексними членами, які, як легко показати, сходяться на всій комплексній площині. ) s z = k = (k)! ; å k k (-) z cos z = (5) k = (k)!

24 9 Зв'язок між показовою функцією та тригонометричними функціями у комплексній площині Замінюючи в ряді å z z е = =! z на z, а потім на z, отримаємо: = z е, å -z (-) z е = =! =! Так як e()) e k k = (-, будемо мати: z -z = å k = k (-) z (k)! Таким чином: z -z z -z e e e - e с os z = ; що ці формули справедливі і для дійсних z У окремому випадку при z = j, де j дійсне число, формула (7) набуде вигляду: j сos j sj = e (8) Тоді комплексне число z = r (cos j s j) запишеться у вигляді : j z = re (9) Формулу (9) називають показовою формою запису комплексного числа z 4

25 Формули, що пов'язують тригонометричні та гіперболічні функції Легко доводяться такі формули: s z = sh z, sh z = s z, cos z = ch z, ch z = cos z Доведемо першу та четверту формули (другу та третю рекомендується довести самостійно) Скористаємося формулами ( 6) Ейлера: - z z z - z s e - e e - e z = = = sh z; z -z e e ch z = = cos z За допомогою формул sh z = s z та ch z = cos z легко доводиться, на перший погляд, дивовижна властивість функцій s z та cos z На відміну від функцій у = s х та у = сos х, функції s z та cos z не обмежені за абсолютною величиною Справді, якщо у зазначених формулах, зокрема, z = y, тоді s y = sh y, cos y = ch y Це означає, що на уявній осі s z та cos z не обмежені по абсолютній величині Цікаво, що для s z і cos z мають місце всі формули, аналогічні формулам для тригонометричних функцій s х і cos х Наведені формули досить часто використовуються при дослідженні рядів на збіжність Приклад Довести абсолютну збіжність ряду ? s = Як було помічено, функція s z обмеженою на уявній осі не яв- 5

26, тому ознакою порівняння користуватися не можна Скористаємося формулою s = sh Тоді å = å s sh = = Ряд å sh = досліджуємо за ознакою Даламбера: - () - - sh () e - e e (e- e) e lm = lm = lm =< - - sh e - e e (- e) Таким образом, ряд å s = сходится Þ данный ряд сходится абсолютно Решение задач Число z = представить в тригонометрической и комплексной формах y π Решение r = =, tg j = = Þ j =, x 6 π 6 π π = cos s = e è 6 6 Найти область сходимости ряда å (8 -) (z) = Решение Составим ряд из абсолютных величин заданного ряда и найдем его радиус сходимости: a 8 - () () R = lm = lm = lm a =, 6

27 () тому що lm =, з модулів сходиться за умови 8 - = 8 = Таким чином, ряд z< Данный ряд при этом же условии сходится, т е внутри круга радиуса с центром в точке при z >точках кола z = -, буде сходитися, а поза цим кругом, т е, ряд розходиться : å 8 - = å = = що даний ряд у замкнутому колі Отриманий ряд сходиться, це означає, z сходиться абсолютно Довести, що функція å z z е = періодична з періодом π (ця властивість функції е z її суттєво відрізняє =! від функції е х) Доказ Скористаємося визначенням періодичної функції та формулою (6) Потрібно переконатися, що z z е π = e, де z = x y Покажемо, що це так: z π x y π x (y π) x (y е = e = e = e e x = e (cos(y π) s (y π)) = e Отже, е z періодична функція!) x π = (cos y s y) = e x y = e z 7

28 4 Отримати формулу, яка пов'язує числа е, і π Рішення Скористаємося показовою формою запису j комплексного числа: z = re Для z = - матимемо r =, j = π і, таким чином, π e = - () Дивовижна формула і це при тому, що поява в математиці кожного з чисел π, е і не має нічого спільного з появою двох інших! Формула () цікава ще й тим, що, виявляється, показова функція е z, на відміну від функції ех, може набувати негативних значень e x 5 Знайти суму ряду å сos x =! Рішення Перетворимо ряд x x сos x s x e (e) å = å = å!! x(e) cos x = = s x e e = = =! cos x s x cos x = e e = e (cos (s x) s (s x)) = = cosx =! cos = e x cos(s x) При рішенні двічі скористалися формулою = cos x s x і розкладанням у ряд функції (e x) e 6 Розкласти в статечний ряд функцію f(x) = e x cos x, використовуючи розкладання у ряд функції x() x x x x е = e e = e cos x e s x Рішення x() x () x е = å = å!! = = π cos s è 4 π = 4 8

29 = x π π () cos s =! è 4 4 Т до x x () x x π e cos x = Rеe Þ e cos x = () cos =! 4 Отриманий ряд сходиться по всій числовій осі, т до x π (x) () cos, а ряд å (x)! 4! =! x< (докажите по признаку Даламбера) сходится при Банк задач для самостоятельной работы Представить в тригонометрической и показательной формах числа z =, z = -, z = -, z = 4 Построить в декартовой системе координат точки, соответствующие заданным числам Записать в алгебраической и тригонометрической формах числа e π и Используя формулу z = r (cosj s j), вычислить () и (e π) 4 Исследовать на сходимость ряд å e = Ответ Ряд сходится абсолютно 5 Исследовать ряд å z на сходимость в точках = z = и z = 4 Ответ В точке z ряд сходится абсолютно, в точке z ряд расходится 9

30 6 Знайти радіус R і коло збіжності рядів 4 Дослідити поведінку ряду в граничних точках кола збіжності (у точках, що лежать на колі) å!(z -) ; å (z); = = å () z = (); 4 å z = 9 Відповіді:) R =, ряд сходиться в точці z = - ;) R =, ряд сходиться абсолютно в замкнутому колі z з центром у точці z = - або за умови x (y) ;) R =, ряд сходить абсолютно в замкнутому колі z або за умови x y ; 4) R =, ряд сходиться абсолютно в замкнутому колі z або за умови x y 9 7 Розкласти в статечний ряд функцію f(x) = e x s x, () x використовуючи розкладання в ряд функції e 8 Переконатися, що за будь-якого комплексного z матимуть місце формули: s z = s z cos z, s z cos z =, s (z π) = s z (скористайтеся формулами Ейлера)

31 СПИСОК РЕКОМЕНДУЄМОЇ ЛІТЕРАТУРИ Основна література Піскунов, НР Диференційне та інтегральне обчислення для втузів / НР Піскунов Т М: Наука, 8 С 86 9 Фіхтенгольц, Г М Основи математичного аналізу / ГМ Фіхтенгольц рядів / ПН Воробйов - СПб: Лань, 8 48 з 4 Письмовий, ДП Конспект лекцій з вищої математики Ч/ДП Письмовий М: Айріс-прес, 8 5 Вища математика у вправах та завданнях Ч/ПЕ Данко, АГ Попов, ТЯ Кожевнікова [ та ін] М: ОНІКС, 8 С Додаткова література Кудрявцев, ЛД Курс математичного аналізу / ЛД Кудрявцев Т М: Вища школа, 98 С Хабібуллін, МВ Комплексні числа: методичні вказівки / МВ Хабібуллін Томськ, ТГАСУ, 9 6 з Молдованова, ЄА Ряди та комплексний аналіз: навчальний посібник / ЄА Молдованова, АН Харламова, ВА Кілін Томськ: ТПУ, 9


Федеральне агентство з освіти Томський державний архітектурно-будівельний університет РЯДИ ФУР'Є ІНТЕГРАЛ ФУР'Є ЯК МЕЖНИЙ ВИПАД РЯДУ ФУР'Є Методичні вказівки для самостійної роботи

РЯДИ Хабаровськ 4 4 ЧИСЛОВІ РЯДИ Числовим рядом називається вираз, де числа, які утворюють нескінченну числову послідовність, загальний член ряду, де N (N безліч натуральних чисел) Приклад

Федеральне агентство з освіти Архангельський державний технічний університет будівельний факультет РЯДИ Методичні вказівки до виконання завдання для самостійної роботи Архангельськ

МОСКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЦИВІЛЬНОЇ АВІАЦІЇ В.М. Любимов, Є.А. Жукова, В.А. Ухова, Ю.А. Шурінов М А Т Е М А Т І К А Р А Д И ПОСІБНИК з вивчення дисципліни та контрольні завдання

5 Ступінні ряди 5 Ступінні ряди: визначення, область збіжності Функціональний ряд виду (a + a) + a () + K + a () + K a) (, (5) де, a, a, K, a,k деякі числа, називають статечним рядом Числа

Федеральне агентство з освіти МОСКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗІЇ І КАРТОГРАФІЇ (МІІГАїК О. В. Ісакова Л. А. Сайкова М.Д. Улимжиєв НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК ДЛЯ СТУДЕНТІВ ПО САМОСТІ

Тема Комплексні числові ряди Розглянемо числовий ряд k ak з комплексними числами виду Ряд називається схожим, якщо сходиться послідовність його часткових сум S ak k k. При цьому межа S послідовності

МІНІСТЕРСТВО УТВОРЕННЯ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ТЕОРІЯ ФУНКЦІЙ КОМПЛЕКСНОГО ЗМІННОГО Методичний посібник Упорядники: МДУлимжієв ЛІІНХЄЄВА ІБЮМІВ СЖЮМОВА Рецензія На методичний посібник з теорії функцій

8 Комплексні числові ряди Розглянемо числовий ряд із комплексними числами виду k a, (46) де (a k) - задана числова послідовність з комплексними членами k Ряд (46) називається схожим, якщо

Лекції підготовлені доц Мусіної МВ Визначення Вираз виду Числові та функціональні ряди Числові ряди: основні поняття (), де називається числовим рядом (або просто поруч) Числа, члени ряду

Металургійний факультет Кафедра вищої математики РЯДИ Методичні вказівки Новокузнецьк 5 Федеральна агенція з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральний державний бюджетний навчальний заклад вищої професійної освіти Новгородський державний університет імені

Федеральна агенція з освіти Федеральна державна освітня установа вищої професійної освіти ПІВДЕННИЙ ФЕДЕРАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Р. М. Гаврилова, Г. С. Костецька Методичні

Числові ряди Числова послідовність Опр Числовою послідовністю називають числову ф-цію, визначену на множині натуральних чисел х - загальний член послідовності х =, х =, х =, х =,

Федеральне агентство з освіти Московський Державний університет геодезії та картографії (МІІГАіК) МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ за курсом

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО РОЗРАХУНКОВИХ ЗАВДАНЬ ПО КУРСУ ВИЩОЇ МАТЕМАТИКИ «ЗВИЧАЙНІ ДИФЕРЕНЦІЙНІ РІВНЯННЯ РЯДИ Подвійні ІНТЕГРАЛИ» ЧАСТИНА Ш ТЕМА РЯДИ

Федеральне агентство з освіти Державний навчальний заклад вищої професійної освіти Новгородський державний університет імені Ярослава Мудрого Інститут електронних

Міністерство освіти Республіки Білорусь УО «Вітебський державний технологічний університет» Тема. «Ряди» Кафедра теоретичної та прикладної математики. розроблено доц. Є.Б. Дуніною. Основні

МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ФЕДЕРАЛЬНА ДЕРЖАВНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ УЛЬЯНІВСЬКА ВИЩИНА І ІНСТИТУТ

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти «Томський державний архітектурно-будівельний

Сгупс кафедра вищої математики Методичні вказівки до виконання типового розрахунку «Ряди» Новосибірськ 006 Деякі теоретичні відомості Числові ряди Нехай u; u; u; ; u; є нескінченна числова

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ КАЗАНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АРХІТЕКТУРНО- БУДІВЕЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЧАСЛОВІ ТА ФУНКЦІОНАЛЬНІ РЯДИ

ЛЕКЦІЯ N 7. Ступінні ряди і ряди Тейлора..Степінні ряди..... Ряд Тейлора.... 4.Розкладання деяких елементарних функцій у ряди Тейлора і Маклорена.... .Ступіньні

Модуль Тема Функціональні послідовності та ряди Властивості рівномірної збіжності послідовностей та рядів Ступінні ряди Лекція Визначення функціональних послідовностей та рядів Рівномірно

БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТ Т КАФЕДРА ЕКОНОМІЧНОЇ ІНФОРМАТИКИ ТА МАТЕМАТИЧНОЇ ЕКОНОМІКИ Ряди Конспект лекцій та практикум для студентів економічних

Міністерство освіти Російської Федерації Ульяновський державний технічний університет ЧИСЛОВІ І ФУНКЦІОНАЛЬНІ РЯДИ РЯДИ ФУР'Є Ульяновськ УДК 57(76) ББК 9 я 7 Ч-67 Рецензент кандфіз-матнаук

3724 РЯДИ КРАТНІ І КРИВОЛІНІЙНІ ІНТЕГРАЛИ 1 РОБОЧА ПРОГРАМА РОЗДІЛІВ «РЯДИ КРАТНІ І КРИВОЛІНІЙНІ ІНТЕГРАЛИ» 11 Числові ряди Поняття числового ряду Властивості числових

Розділ Ряди Формальний запис суми членів деякої числової послідовності Числові ряди називається числовим рядом Суми S, називаються частковими сумами ряду Якщо існує межа lim S, S то ряд

лекція. Функціональні лави. Визначення функціонального ряду Ряд, членами якого є функції від x, називається функціональним: u = u (x) + u + K+ u + K = Надаючи x певне значення x, ми

В.В. Жук, А.М. Камачкін 1 Ступінні ряди. Радіус збіжності та інтервал збіжності. Характер збіжності. Інтегрування та диференціювання. 1.1 Радіус збіжності та інтервал збіжності. Функціональний ряд

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти «Сибірський державний індустріальний університет»

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти «Сибірський державний індустріальний університет»

Математичний аналіз Розділ: Числові та функціональні ряди Тема: Ступінні ряди. Розкладання функції у статечний ряд Лектор Рожкова С.В. 3 р. 34. Ступінні ряди Ступіньним рядом поруч за ступенями називається

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ФЕДЕРАЛЬНА ДЕРЖАВНА БЮДЖЕТНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ ЄРСИТЕТ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ Національний дослідний Нижегородський державний університет ім НІ Лобачевського НП Семерікова АА Дубков АА Харчева

«Ряди» Тести для самоперевірки Необхідна ознака збіжності ряду Теорема необхідна ознака збіжності Якщо ряд сходиться то lim + Наслідок достатня умова розбіжності ряду Якщо lim то ряд розходиться

Міністерство освіти і науки РФ Ачинська філія федеральної державної автономної освітньої установи вищої професійної освіти «Сибірський федеральний університет» МАТЕМАТИКА

(функціональні ряди степенні ряди область збіжності порядок знаходження інтервалу збіжності - приклад радіус інтервалу збіжності приклади ) Нехай задана нескінченна послідовність функцій, Функціональні

Ряди Числові ряди Загальні поняття Опр Якщо кожному натуральному числу ставиться у відповідність за певним законом деяке число, то безліч занумерованих чисел, називається числовою послідовністю,

Міністерство освіти Російської Федерації МАТИ - РОСІЙСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім.

Лекція 3 Ряди Тейлора і Маклорена Застосування статечних рядів Розкладання функцій у статечні ряди Ряди Тейлора і Маклорена Для додатків важливо вміти цю функцію розкладати в статечний ряд, ті функцію

ДЕРЖАВНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ «БІЛОРУСЬКО-РОСІЙСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ» Кафедра «Вища математика» ВИЩА МАТЕМАТИКА МАТЕМАТИКА МАТЕМАТИКА

Числові та статечні ряди Заняття. Числові ряди. Сума низки. Ознаки збіжності. Обчислити суму ряду. 6 Рішення. Сума членів нескінченної геометричної прогресії q дорівнює, де q – знаменник прогресії.

Міністерство освіти республіки Білорусь Установа освіти «Могилівський державний університет продовольства» Кафедра вищої математики ВИЩА МАТЕМАТИКА Методичні вказівки для практично

Лекція 6 Розкладання функції в статечний ряд Єдиність розкладання Ряди Тейлора і Маклорена Розкладання в степеневий ряд деяких елементарних функцій Застосування статечних рядів У попередніх лекціях

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти «Томський державний архітектурно-будівельний

4 Функціональні ряди 4 Основні визначення Нехай задана нескінченна послідовність функцій із загальною областю визначення X u), u (), K, u (), K (ВИЗНАЧЕННЯ Вираз u) + u () + K + u () +

ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ ФУНКЦІЙ КОМПЛЕКСНОЇ ЗМІННОЇ ОПЕРАЦІЙНЕ ЗЛІЧЕННЯ В результаті вивчення даної теми студент повинен навчитися: знаходити тригонометричну та показову форми комплексного числа

Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти "Уральський державний педагогічний університет" Математичний факультет Кафедра

КАЗАНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра математичної статистики ЧИСЛОВІ РЯДИ Навчально-методичний посібник КАЗАНЬ 008 Друкується за рішенням секції Науково-методичної ради Казанського університету

Функціональні ряди Функціональний ряд сума і область функціонального ряду Нехай в ділянці Δ речових або комплексних чисел дана послідовність функцій k (k 1 Функціональним рядом називається

Федеральне агентство з освіти МОСКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗІЇ І КАРТОГРАФІЇ (МІІГАїК) О. В. Ісакова Л. А. Сайкова НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК ДЛЯ СТУДЕНТІВ ЗА САМОСТІЙНОМУ РОЗВИТКУ

Степенні ряди a a a Ряд виду a a a a () називається статечним, де, a, постійні, звані коефіцієнтами ряду Іноді розглядають статечний ряд більш загального виду: a(a) a(a) a(a) (), де

лекція N34. Числові лави з комплексними членами. Ступінні ряди в комплексній галузі. Аналітичні функції. Зворотні функції..числові ряди з комплексними членами.....ступеневі ряди в комплексній області....

Варіант Завдання Обчислити значення функції відповідь дати в формі алгебри: а sh ; б l Рішення а Скористаємося формулою зв'язку між тригонометричним синусом та гіперболічним синусом: ; sh -s Отримаємо

Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти Ухтинський державний технічний університет КОМПЛЕКСНІ ЧИСЛА Методичні вказівки

МІНОБРНАУКИ РОСІЇ ФЕДЕРАЛЬНА ДЕРЖАВНА БЮДЖЕТНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ «САМАРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

Функціональні ряди Лекції 7-8 1 Область збіжності 1 Ряд виду u() u() u() u(), 1 2 u() де функції визначені на деякому проміжку, називається функціональним рядом. Безліч всіх точок,

Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти Ухтинський державний технічний університет (УДТУ) МЕЖ ФУНКЦІЇ Методичні

ЛЕКЦІЯ Еквівалентні нескінченно малі Перший і другий чудові межі Порівняння нескінченно великих і нескінченно малих функцій Функція f () називається нескінченно малою в точці a (при a), якщо (

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти «Томський державний архітектурно-будівельний

Лекція Числові ряди Ознаки збіжності Числові ряди Ознаки збіжності Нескінченний вираз числової послідовності + + + +, складений з членів нескінченної, називається числовим рядом Числа,

ЄВ Небогіна, ОС Афанасьєва РЯДИ ПРАКТИКУМ З ВИЩОЇ МАТЕМАТИКИ Самара 9 ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО З ОСВІТИ ДЕРЖАВНА ОСВІТА ВІД ВИЩОЇ ПРОГРАМИ

Глава III ІНТЕГРАЛЬНЕ ЗЛІЧЕННЯ ФУНКЦІЇ КІЛЬКАХ ЗМІННИХ, ФУНКЦІЇ КОМПЛЕКСНОГО ЗМІННОГО, РЯДИ Подвійні інтеграли ЛІТЕРАТУРА: , гл; , глii; , гл XII, 6 Для вирішення завдань на цю тему необхідно,

Подібні публікації