黑龙江八一农垦大学：《工科高等数学》课程教学资源（PPT课件）第十一章 无穷极数（11.6）函数项级数的一致收敛性及一致收敛级数的基本性质

第六节函数项级数的一致收敛性 及一致收敛级数的基本性质 可题的提出 函数项级数的一致收敛性 致收敛级数的基本性质 四四、小结

生一、问题的提出 问题:有限个连续函数的和仍是连续函数,有 限个函数的和的导数及积分也分别等于他们的 导数及积分的和.对于无限个函数的和是否具 工工工 有这些性质呢?对于幂函数是这样的,那么对 于一般的函数项级数是否如此? 上页

一、问题的提出 有限个连续函数的和仍是连续函数，有 限个函数的和的导数及积分也分别等于他们的 导数及积分的和．对于无限个函数的和是否具 有这些性质呢？对于幂函数是这样的，那么对 于一般的函数项级数是否如此？ 问题:

例1考察函数项级数 x+(x2-x)+(x3-x2)+…+(x"-xn)+… 和函数的连续性 解因为该级数每一项都在0,是连续的 9 且s(x)=x",得和函数: 是s(x)=ims(以J0,0<x<, n→ 1,x=1. 和函数(x)在x=1处间断 上页

解 ( ) , n 且 s n x = x 得和函数： 因为该级数每一项都在[0,1]是连续的，    =   = = → 1, 1. 0, 0 1, ( ) lim ( ) x x s x s n x n 和函数s(x)在 x = 1处间断. 例1 考察函数项级数 x + (x 2 − x) + (x 3 − x 2 ) ++ (x n − x n−1 ) + 和函数的连续性．

结论函数项级数的每一项在a,b上连续,并且 牛级数在b上收敛,其和函数不一定在ab上 王收敛,同样函数项级数的每一项的导数及积分所 成的级数的和也不一定等于他们和函数的导数及 积分 工工工 问题对什么级数,能从每一项的连续性得出和 函数的连续性,从每一项的导数及积分所成的级 数之和得出原来级数的和函数的导数及积分呢? 上页

函数项级数的每一项在[a,b]上连续，并且 级数在[a,b]上收敛，其和函数不一定在[a,b]上 收敛．同样函数项级数的每一项的导数及积分所 成的级数的和也不一定等于他们和函数的导数及 积分． 结论 对什么级数，能从每一项的连续性得出和 函数的连续性，从每一项的导数及积分所成的级 数之和得出原来级数的和函数的导数及积分呢？ 问题

生二、函数项级数的一致收敛性 出定义设有函数项级数∑41(x).如果对于任意 H-=1 给定的正数E,都存在着一个只依赖于的自 生然数使得当n>N时,对区间上的切 r,(x)=s(x)s,(x) <e 牛成立,则成函数项级数∑(x)在区间/上一致 n=1 收敛于和(x),也称函数序列sn(x)在区间I上 一致收敛于s(x) 上页

二、函数项级数的一致收敛性 设有函数项级数  =1 ( ) n un x ．如果对于任意 给定的正数  ，都存在着一个只依赖于  的 自 然 数 N ，使得当 n  N 时，对区间 I 上的一切 x，都有不等式 r (x) = s(x) − s (x)   n n 成立，则成函数项级数  =1 ( ) n n u x 在区间 I上一致 收敛于和s(x)，也称函数序列s (x) n 在区间 I 上 一致收敛于s(x)． 定义

几何解释: 只要n充分大(m>N),在区间I上所有曲 线y=S(x)将位于曲线 y=s(x)+E与y=s(x)-E之间 y=s(x)+8 =(x) ly=S,(x) y=S(x)-8 0 上页

只要 n充分大 (n  N),在区间 I 上所有曲 线 y s (x) = n 将位于曲线 y = s(x) +  与 y = s(x) −  之间. x y o I y = s(x) −  y = s(x) +  y = s(x) y s (x)  = n  几何解释:

例2研究级数 十 x+1 x+2x+D+…+/1 x+nx+n-1/… 在区间0,+∞)上的一致收敛性 解Sn(x)= x+n 工工工 s(x)=lim s, (x)=lim =0(0sx<+) n→0 n=oox+n 王余项的绝对值 11 rn=s(x)-sn(x)=≤ (0≤x<+) x+nn 王页下

研究级数   +      + − + +  + +      + − + + + 1 1 1 1 1 2 1 1 1 x x x x n x n 在区间[ 0,+ )上的一致收敛性. 例2 解 , 1 ( ) x n s n x +  = 0 (0 ) 1 ( ) lim ( ) lim =   +  + = = → → x x n s x s x n n n 余项的绝对值 (0 ) 1 1 ( ) ( )    +  + = − = x x n n r n s x s n x

对于任给E>0,取自然数N≥, 生则当n>N时,对于区间0+上的切x 有rn(x)<E, 根据定义, 工工工 所给级数在区间0,+o上一致收敛于s(x)≡0 上页

对于任给  0，取自然数  1 N  ， 则当n  N 时，对于区间[0,+]上的一切 x， 有 rn (x)  ， 根据定义， 所给级数在区间[0,+]上一致收敛于s( x)  0

例3研究例1中的级数 x+(x2-x)+(x3-x2)+…+(x”-x"n)+ 在区间(0,1内的一致收敛性 解该级数在区间(0,1)内处处收敛于和s(x)≡0, 但并不一致收敛. 工工工 对于任意一个自然数n,取x=2 ,于是 s, (x, =x 2 但s(xn)=0,从而r(xn)=(x)-Sn(xn)= 2 上页

例3 研究例1中的级数 x + (x 2 − x) + (x 3 − x 2 ) ++ (x n − x n−1 ) + 在区间( 0 , 1]内的一致收敛性. 解 该级数在区间(0,1)内处处收敛于和s(x)  0， 但并不一致收敛． 对于任意一个自然数 n , 取 n n x 2 1 = ，于是 , 2 1 ( ) = = n n x n x n s ( ) = 0, x n 但 s . 2 1 从而 r n (x n ) = s(x n ) − s n (x n ) =

庄∴只要取8e, 因此级数在(0,1)内不一致连续 牛说明虽然函数序列(x)=x在(0,1)内处 收敛于s(x)≡0,但Sn(x)在(0,1)内各点处收 牛敛于零的“快慢”程度是不一致的 从下图可以看出: 上页

只要取 2 1   ，不论 n多么大，在(0,1)总存在 点xn， ( )   , n x n 使得 r 因此级数在( 0, 1 )内不一致连续． 说明: 从下图可以看出: 但 虽然函数序列 n s n (x) = x 在( 0, 1 )内处处 s(x)  0, s (x) 收敛于 n 在( 0, 1 )内各点处收 敛于零的“快慢”程度是不一致的．