无穷级数求和问题几种方法
关于级数求和方法的探讨
关于级数求和方法的探讨摘要：无穷级数包括常数项级数和函数项级数，常数项级数在其收敛时可以求和，函数项级数在其收敛域内可以求和。
本文对常数项级数讨论了利用级数定义求和的常用方法：等差数列求和公式法、等比数列求和公式法、裂项相消法、错位相消法；对函数项级数则选取特殊的幂级数讨论了其求和方法：幂级数性质法、转化成微分方程法；最后利用幂级数的有关知识，求一些特殊类型级数的和。
其中定义法与幂级数性质法是基础，其他方法的应用需要掌握技巧。
关键词：无穷级数幂级数收敛Calculating Sums of SeriesAbstract: Infinite series including constants of series and function of series, constant of series in its convergence can be summed when series of function to the summation in its convergence region. This article discusses the constant of series including the following methods: arithmetic series summation formula method cancellation of splitting method, dislocation destructive method. Then series of function selects the specific power series to discuss its summation: such as power series properties method, into the calculus equation method. Finally, via the use of the knowledge of power series to seek the summation of some special types. Among these methods, the definition method and the power series properties method is the basis and the application of other methods needs master skills.Keywords: infinite series power series convergence1.引言无穷级数的概念是在极限概念形成的基础上形成的，无穷级数的理论是伴随着微积分理论的发展而发展起来的。
无穷级数的求和方法及实际应用
无穷级数的求和方法及实际应用无穷级数是数学中的一个重要概念，其是指由无限个项所组成的数列之和。
在数学领域中，无穷级数的求和方法及实际应用具有很高的研究价值。
本文将为您全面介绍无穷级数的求和方法及实际应用。
一、无穷级数的表示方法无穷级数的表示方法有数列求和法和函数求和法两种。
数列求和法是指将每个项加起来得到的和。
可以表示为S=a1+a2+...+an+...。
当数列有收敛的极限值时，就称这个级数收敛，当数列的极限值不存在或无穷大时，就称这个级数发散。
函数求和法则是用函数的形式来表示无穷级数。
对于动态无穷级数来说，函数求和法较为常见，它可以表示为S=f(n)。
在函数求和法中，一个级数的求和值被等价于它所描述的函数之和在某个范围内的极限值。
当函数收敛到一个固定的值时，就可以说这个无穷级数收敛。
如果函数的极限不存在或分明无反应，则称级数发散。
二、无穷级数的求和方法1、和式变换法和式变换法是一种求解级数和的方法。
它的主要思想是将原来的级数转化为一个更熟悉的级数，以便更容易解决。
比如，将级数S=1+1/2+1/4+1/8+...转换为S=2，从而快速得出级数S的和。
2、换序求和法如果一个级数的每个数列都是绝对收敛的，那么它是允许换序的。
换序求和法是指通过交换级数中每个项的位置，从而使级数的求和更具效率。
但是，当级数不绝对收敛时，换序不会得到正确的求和结果。
3、比较判别法比较判别法是一种判断无穷级数收敛与发散的方法，其基本思想是将一个无穷级数与另一个已知的级数进行比较。
如果已知的级数是收敛的，那么它就可以作为一个新的级数的上界或下界。
如果新的级数的和小于已知级数的和，那么新的级数也会收敛。
4、积分判别法积分判别法是一种判断无穷级当前后发散的方法之一。
它建立在函数积分的基础之上，通过计算两个函数之间的积分，然后将结果与一个已知级数比较，从而得出级数的收敛与发散。
三、无穷级数的实际应用无穷级数在很多实际应用中都有广泛的应用。
无穷级数的收敛性与求和方法
无穷级数的收敛性与求和方法在数学中，无穷级数是由无限多个项相加而成的。
它们在许多领域中都有广泛的应用，例如物理学、工程学和计算机科学。
然而，要确定一个无穷级数是否收敛（即总和是有限的）以及如何求和并不总是容易的。
本文将介绍无穷级数的收敛性，并讨论一些常见的求和方法。
一、无穷级数的收敛性一个无穷级数可以表示为：\[S = a_1 + a_2 + a_3 + \ldots\]其中，\(a_n\) 是序列的第 \(n\) 个项。
要确定无穷级数的收敛性，我们需要考虑它的部分和序列。
部分和序列是通过将前 \(n\) 个项相加而得到的，表示为：\[S_n = a_1 + a_2 + \ldots + a_n\]如果部分和序列 \(\{S_n\}\) 收敛（即有限），那么我们说无穷级数\(S\) 收敛。
反之，如果部分和序列发散（即无穷大或无穷小），那么我们说无穷级数 \(S\) 发散。
二、常见的收敛判别法1. 比较判别法比较判别法是判断一个无穷级数收敛性的常用方法。
它基于比较一个给定的级数与一个已知的级数。
如果一个级数的每一项都大于（或小于）一个已知级数的对应项，并且这个已知级数收敛，那么我们可以得出该级数也收敛。
反之，如果一个级数的每一项都大于（或小于）一个已知级数的对应项，并且这个已知级数发散，那么我们可以得出该级数也发散。
2. 比值判别法比值判别法是通过比较一个级数的相邻项的比值与一个给定数值来判断其收敛性。
假设有一个级数 \(\sum_{n=1}^{\infty} a_n\)，计算相邻项的比值 \(r = \frac{a_{n+1}}{a_n}\)。
如果 \(r\) 小于 1，那么级数收敛；如果 \(r\)大于 1，那么级数发散；如果 \(r\) 等于 1，则无法判断。
3. 根值判别法根值判别法也是一种常见的收敛判别法，它是通过计算一个级数的相邻项的根值来判断其收敛性。
假设有一个级数 \(\sum_{n=1}^{\infty} a_n\)，计算相邻项的根值 \(r = \lim_{n \rightarrow \infty} \sqrt[n]{|a_n|}\)。
无穷级数的求和法及其应用
无穷级数的求和法及其应用无穷级数是数学中一个非常重要的概念，我们可以利用无穷级数来求和，得到一些非常有用的结果。
本文将介绍无穷级数的求和法及其应用。
一、无穷级数的定义无穷级数是指一个数列的和，该数列包含无穷多个数。
无穷级数的一般形式为：a1 + a2 + a3 + … + an + …其中，a1、a2、a3、…、an是数列中的前n项，...表示剩余项，也就是前n项之后的无穷多项。
二、等比级数首先，我们来看一个特殊的无穷级数——等比级数。
等比数列是指数列中每一项之比都相等的数列，比如1，2，4，8，16，…就是一个等比数列，因为每一项之比都为2。
等比级数是等比数列的和。
对于等比数列a1，a2，a3，…，an，…以及其公比q（q≠0），则它的等比级数为：S = a1 + a2q + a3q2 + … + an-1qn-2 + an-1qn-1 + …等比级数有一个非常重要的性质：当|q|<1时，S可以求和，也就是说，等比级数可以收敛。
三、收敛级数的求和法1.调和级数我们先来看一个非常经典的例子，即调和级数：1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + 1/5 + … + 1/n + …这个级数的和是一个无穷大的数，但是它却收敛。
这是怎么回事呢？事实上，调和级数虽然无穷大，但是它增长的速度非常缓慢。
我们可以把调和级数分成很多个小组，每个小组包含2^k个数，其中k为自然数。
例如，第一个小组为1+1/2，第二个小组为1/3+1/4+1/5+1/6，依此类推。
通过这种方式，我们可以得到一个新的级数：1 + (1/2) + (1/4 + 1/4) + (1/8 + 1/8 + 1/8 + 1/8) + … + 1/n上述级数的和为2。
因此，我们可以得出调和级数的和为无穷大的结论。
2. 几何级数几何级数也是一个非常常见的级数，其形式为：a + ar + ar^2 + ar^3 + … + ar^n + …其中，a为首项，r为公比。
等比无穷级数求和公式
等比无穷级数求和公式无穷级数是数学中的重要概念，它可以描述一系列无限多个数的和。
而等比无穷级数则是其中一种特殊的无穷级数，它的每一项与前一项的比值保持不变。
在本文中，我们将介绍等比无穷级数的求和公式，并通过具体的例子来说明其应用。
等比无穷级数的求和公式可以用以下方式表示：S = a + ar + ar^2 + ar^3 + ...其中，a是首项，r是公比。
当公比r的绝对值小于1时，等比无穷级数收敛，其和可以通过以下公式计算：S = a / (1 - r)当公比r的绝对值大于等于1时，等比无穷级数发散，没有有限和。
下面我们通过几个具体的例子来说明等比无穷级数的求和公式的应用。
例1：计算1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ...的和。
这个无穷级数的首项a是1，公比r是1/2。
由于公比r的绝对值小于1，所以该级数收敛。
根据求和公式，我们可以计算出：S = 1 / (1 - 1/2) = 2所以，1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ...的和是2。
例2：计算2 + 4 + 8 + 16 + ...的和。
这个无穷级数的首项a是2，公比r是2。
由于公比r的绝对值大于等于1，所以该级数发散，没有有限和。
通过上述例子，我们可以看到等比无穷级数的求和公式在计算无穷级数的和时非常有用。
但需要注意的是，公比r的绝对值必须小于1才能保证级数的收敛性。
除了等比无穷级数的求和公式，我们还可以通过其他方法来计算无穷级数的和，比如递归求和法、部分和数列法等。
这些方法在不同的情况下都有其适用性。
总结起来，等比无穷级数的求和公式是一个重要的数学工具，可以帮助我们计算无穷级数的和。
通过本文的介绍，相信读者对等比无穷级数的求和公式有了更加清晰的认识，并能够灵活运用它来解决实际问题。
关于无穷级数求和问题的探讨
关于无穷级数求和问题的探讨
无穷级数求和是一个重要的数学问题，它涉及到无限分之一，级数求和成为近代数学中许多科学研究的重要研究对象，包括经典分析、数论、复分析等。
级数求和研究主要从聚类级数、梯形级数、反复级数等不同方面来分析并证明结论，比较关键的问题就是证明该级数是收敛的，或者陈述当某一项的绝对值小于某个给定的某个数常数的时候，级数的前面几项的和就接近此无穷级数的实际和，以此来验证级数的收敛性。
无穷级数的求和最重要的方法是极限法。
极限法的根本思想是利用极限的概念，如果一个级数的项的绝对值越来越小，当项的绝对值小于一个指定的任意小数时，累加前面的项就可用来估计这个无穷级数的和了。
另一种方法是通过收敛性这一性质来求得级数的和。
将级数分解成多项式，用收敛定理来证明级数的收敛性，并可以用不同的方法来求得精确的结果。
另一种求得无穷级数和的方法是由Cauchy-Hadamard公式定理，即极限公式。
通过极限公式可以直接确定无穷级数的收敛性，然后求得该级数的和。
极限公式是一个很好用的概念，在实际应用中也有很多有效的方式，比如利用它可以用来证明有限级数收敛，且可以求得这个级数的和。
以上概括了常用的几种计算无穷级数和的方法，虽然这些方法简单易懂，但也存在很多的不可避免的困难，比如如何判断某一级数的收敛性、如何求得精确的结果等问题。
因此，计算无穷级数的计算和证明仍然是非常重要的数学问题，需要继续进行更多的研究来改善现有的方法，使其更精确有效地求得无穷级数的和。
无穷级数求和方法解析
116
i n
1
4
'h )=
• * ) = ------- h l n ( 1 — n ) ， 其中 n 1一n
n= i
n
(一 1 ， 1)， 所以
/ n )， /(n ) 的通解为/ n ) 2 2 n! . = 1 ( n — 1) ! 2 n c e n 。又 当 n = 〇时 ， c / n ) = 1， 所以级数的和为/ n ) 2 6. 7. 8. 参考文献： [1] [2] 华东师范大学数学系.数学分析（ 第四版， 下 册 ） M ]. 程 海 来 .一 些 无 穷 级 数 的 求 和 [ ] . 大 学 数 学 ， 2013, 北京： 高等教育出版社， 2 0 10. = cn . 定义法求和（ 略） 错位相减法求和（ 略） 裂项法求和（ 略）
— — n s i n (c n )— = n7 cJ — n n 2n = (— 1) n — 2,3,… ） . n 2 (其中 n = 1 ，
0
—
— fn
n 2J
—^ x cs o( s n n )— co
0
由 狄 利 克 雷 收 敛 条 件 可 知 / —) = —
n
3
¥ (_ |)n --- 2 — c o s ( n n .)， 其中 0 < —< n 。现在令 n = n 得 ： n2
S n
^^
n x n=
3 —n
-+ l n (1— n )
(1
— n )2
3 . 利 用傅 里 叶 级 数 求 和 【 例 3】 求 级 数 ][；
n2
解： 构造傅里叶函数/ — ) = — ， 其 中 n 6 [0， n] ， 作偶 延拓得： 呈―. ）= — ， 一n ^ n ^ n . 由此可知傅里叶系数为： 6 n = 0,其 中 n = 1 ， 2,3,… 2—
高等数学中的无穷级数求和
高等数学中的无穷级数求和引言：无穷级数是高等数学中的一个重要概念，它在数学分析、物理学、工程学等领域中有着广泛的应用。
无穷级数求和的问题一直以来都是数学家们关注的焦点之一。
本教案将以高等数学中的无穷级数求和为主题，通过分析和讨论不同类型的无穷级数求和方法，帮助学生深入理解无穷级数的性质和求和技巧。
一、级数的定义与性质1.1 级数的定义无穷级数是由一列数的和组成的，形如：S = a1 + a2 + a3 + ...其中，a1、a2、a3...为级数的项。
1.2 级数的收敛与发散级数的和S存在时，称该级数收敛，否则称级数发散。
1.3 级数的部分和级数的部分和Sn表示级数前n项的和，即：Sn = a1 + a2 + a3 + ... + an二、常见的无穷级数求和方法2.1 等差数列求和当级数的项满足等差数列的形式时，可以利用等差数列求和公式进行求和。
例如：S = 1 + 3 + 5 + ...可以将其转化为等差数列的求和问题。
2.2 几何级数求和几何级数是指级数的项之间的比值为常数的级数，形如：S = a + ar + ar^2 + ...其中，a为首项，r为公比。
2.3 幂级数求和幂级数是指级数的项是幂函数的系数，形如：S = a0 + a1x + a2x^2 + ...其中，a0、a1、a2...为系数。
三、常见的无穷级数求和技巧3.1 逐项求和法逐项求和法是指将级数的每一项分别求和，然后将这些部分和相加得到级数的和。
这种方法适用于某些特殊的级数，如幂级数。
3.2 积分法积分法是指将级数的每一项进行积分，然后求出积分结果的极限值。
这种方法适用于某些特殊的级数，如幂级数。
3.3 求导法求导法是指将级数的每一项进行求导，然后求出导数结果的极限值。
这种方法适用于某些特殊的级数，如幂级数。
四、经典的无穷级数求和问题4.1 调和级数求和调和级数是指级数的每一项为倒数的级数，形如：S = 1 + 1/2 + 1/3 + ...调和级数是一个经典的发散级数，但可以通过取部分和的方式得到一个无穷大的极限。
无穷级数求和公式大全
无穷级数求和公式大全摘要：一、无穷级数求和公式简介1.无穷级数的定义2.无穷级数求和的意义二、常见无穷级数求和公式1.级数求和公式的一般步骤2.几何级数求和公式3.调和级数求和公式4.交错级数求和公式5.幂级数求和公式三、级数求和公式的应用1.数学分析中的应用2.物理学中的应用3.工程学中的应用正文：一、无穷级数求和公式简介无穷级数是数学中一种特殊的概念，它是由一系列项按照一定规律排列组成的。
无穷级数的求和则是指将所有项相加得到一个有限的和。
无穷级数求和公式是解决这类问题的工具，它可以帮助我们快速、准确地计算出无穷级数的和。
二、常见无穷级数求和公式1.级数求和公式的一般步骤求解无穷级数和的过程通常包括以下几个步骤：（1）确定级数的收敛性：根据级数的定义和性质，判断级数是否收敛，即是否有极限。
（2）写出级数的和：根据收敛性，写出级数的和。
（3）求解：对级数求和公式进行求解，得到级数的和。
2.几何级数求和公式几何级数是指各项的比值为常数的级数，如1, 2, 4, 8, ...。
几何级数的求和公式为：S = a / (1 - r)其中，S 表示级数的和，a 表示第一项，r 表示比值。
3.调和级数求和公式调和级数是指各项为1, 1/2, 1/3, 1/4, ...的级数。
调和级数的求和公式为：S = π^2 / 64.交错级数求和公式交错级数是指各项正负相间的级数，如1, -1, 2, -2, ...。
交错级数的求和公式为：S = (-1)^n * a_n其中，S 表示级数的和，a_n 表示第n 项，n 表示项的位置。
5.幂级数求和公式幂级数是指各项为x^n 的级数，如x^0, x^1, x^2, x^3, ...。
幂级数的求和公式为：S = f(x)其中，S 表示级数的和，f(x) 表示幂级数对应的函数。
三、级数求和公式的应用无穷级数求和公式在数学分析、物理学、工程学等领域都有广泛的应用。
无穷级数求和的若干方法
陕西理工学院函授本科毕业论文题目无穷级数求和的若干方法学生姓名专业名称数学与应用数学无穷级数求和的若干方法摘 要：本文介绍了十种无穷级数求和的方法，并通过举例说明这些方法的应用.关键词：无穷级数；级数收敛；级数发散；求和无穷级数包括数项级数和函数项级数.它是表示函数性质的一个重要工具，也是对函数进行数值计算的一个重要手段.我们较常见到的无穷级数求和多为数项级数和幂级数的求和，无穷级数求和问题是无穷级数中的难点，因此这里给出的十种方法主要是针对上述两种级数，并通过例题讲述这些求和方法的应用.1 定义法[1]这是利用无穷级数和的定义来求级数和的一种方法，这种方法用于级数前n 项部分和数列比较好求的级数，在此我又把其分为以下三类.(1) 直接法：适用于1k k u ∞=∑为等差或等比级数或通过简单变换易化为这两种级数.例1 求级数()1121n n n q∞-=-∑的和，()1q <.解 ()2113521n n S q q n q -=++++- (1) n S 中各项的系数1、3、5、是公差为2的等差数列，(1)的两边同乘以q 得：()233521nn qS q q q n q =++++- (2)(1)－(2)得：()()211122221n n n q S q q q n q --=++++-- ()()211221n n q q q n q -=++++--()()1211211n n q q n q q--=+---()()()1221121111n nn q q q S n q qq --=+----- 因为1q <，所以()1121n n n q ∞-=-∑()()22121lim 111n n q qS q q q →∞+==+=---. (2) 拆项法：()()10011lim lim n n n n n n n n n a b b b b b b ∞∞-→∞→∞===-=-=-∑∑.例2 求级数1n ∞=的和.解n u==1n S n⎛=++++-⎝⎝1=即1n ∞=lim 1n n S →∞==.(3) 递推法：是利用问题本身所具有的递推关系来求解问题的一种方法. 例3 求级数211arctan2n n ∞=∑的和. 解 21111228arctan arctan arctanarctan 11283128S +=+==- 311121arctan arctan arctan arctan arctan 2818318S =++=+213318arctanarctan 2141318+==- 由数学归纳法可证： arctan 1n nS n =+πlim lim arctan arctan114n n n n S n →∞→∞===+, 故211arctan 2n n∞=∑π4=. 2 阿贝尔法[2]（即构造幂级数法）若级数0n n a ∞=∑收敛，则0n n a ∞=∑1lim nn x n a x -∞→==∑.由0n n a ∞=∑构造一个幂级数0n n n a x ∞=∑是很简单的，而幂级数的和函数可通过逐项微分或积分得到，故易得0n n a ∞=∑的和.例4 级数1212nn n ∞=-∑的和. 解 令()221212n n n n f x x ∞-=-=∑,x . 之所以这样构造幂级数,是为了消去系数中的因子()21n -.逐项积分()222101121122xxn n n n on n n f x dx x dx x ∞∞--==-==∑∑⎰⎰2112nn x x ∞=⎛⎫= ⎪⎝⎭∑ 22212212x xx x x ==--, 即()0xf x dx ⎰22xx =-. 上式两边对x 求导: ()()22222x f x x +=-,故1212n n n ∞=-∑=()()222112lim lim 32x x x f x x --→→+==-. 3 逐项微分法[2]由于幂函数在微分时可以产生一个常系数，这便为我们处理某些幂函数求和问题提供方法.当然从实质上讲，这是求和运算与求导（微分）运算交换次序问题，因而应当心幂级数的收敛区间（对后面的逐项积分法亦如此）.例5 级数()11nn x n n ∞=+∑ 的和函数()S x ，其中1x <.解 ()111111111n n n n n n n n x x x x n n n n n n ∞∞∞∞====⎛⎫=-=- ⎪+++⎝⎭∑∑∑∑ 令()11n n x S x n ∞==∑,()211nn x S x n ∞==+∑.由()111n n S x x ∞-='=∑11x =-,则()()101ln 11x S x dx x x ==---⎰;类似地()()()121111ln 1ln 111n n x S x x x x x n x x+∞===--+=---⎡⎤⎣⎦+∑, 故()()()()1211ln 11S x S x S x x x ⎛⎫=-=--+ ⎪⎝⎭.有时候，所求级数的通项为另一些函数的导数，而以这些函数为通项的级数易于求和，则可将这些函数逐项求导.例6 求级数()()21021n n n x ∞+=+∑的和函数，在区间()1,1-内.解()()21021n n n x∞+=+∑()()22121nn n n x n x x x∞∞+=='=+=∑∑210n n x x ∞+='⎛⎫= ⎪⎝⎭∑ ()()222220111n n x x x x x x x x x ∞=''+⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭-∑ . 4 逐项积分法同逐项微分法一样，逐项积分法也是级数求和的一种重要方法，这里当然也是运用函数积分时产生的常系数，而使逐项积分后的新级数便于求和.例7 求级数()()21021n n n x ∞+=+∑的和函数，这儿1x <.解 令()S x =()2021n n n x ∞=+∑,1x <.而()()22122211xxnn n n n n xS x dx n x dx xx x x∞∞∞+====+===-∑∑∑⎰⎰, 故()()2222111x x S x x x '+⎛⎫== ⎪-⎝⎭-, 则()()21021n n n x∞+=+∑=()()()22211x x xS x x +=-.5 逐项微分、积分有时在同一个级数求和式中既需要逐项微分,又需要逐项积分,这往往是将一个级数求和问题化为两个级数求和问题才会遇到.例8 求级数211nn n x n ∞=+∑的和函数，这儿1x <. 解 ()21111111111n n n n nn n n n n n n n x nx x n x x x n n n∞∞∞∞∞∞======+=+=+-+∑∑∑∑∑∑ ()0011111x x n n n n x n x dx x x n ∞∞==''⎡⎤⎡⎤=+-+⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦∑∑⎰⎰dx ()()2120112ln 11111x n n x x x x x dx x x x x x ∞+='-⎛⎫=-+=--- ⎪----⎝⎭∑⎰ ()()2ln 11xx x =--- ()1x <.6 通过函数展开法数项级数的求和也可通过函数幂级数或傅里叶级数展开后赋值而得到（当然它们常与幂级数逐项微分、积分技巧配合使用）.(1) 幂级数的赋值法：根据所给数项级数的特点构造一个容易求和的幂级数，在此幂级数的收敛域内有一点0x ，当0x x =时所得的常数项级数恰是要求和的级数.设所求级数的和为S ，幂级数的和为()S x ，则()0S S x =.例9 求级数113nn n ∞=∑的和. 解 作()1n n x S x n ∞==∑,由()1111n n S x x x ∞-='==-∑,则()()0ln 11xdxS x x x==---⎰()1x < 令13x =,则113nn n ∞=∑123ln 1ln ln 332⎛⎫=--=-= ⎪⎝⎭. (2) 傅里叶级数的赋值法：利用函数的傅里叶级数展开再赋值是求数项级数和的一个重要手段.例10 求级数()1211n n n +∞=-∑的和.解 把()22f x x =在[]π,π-上展成余弦级数π2200242ππ3a x dx ==⎰()π220282cos 1πn n a x nxdx n==-⎰ ()1,2,n = 00b =()1,2,n =()()22128π1cos 3n n f x nx n ∞==+-∑ ()ππx -≤≤令0x =,则 ()221280π13n n n ∞==+-∑,故()1211n n n +∞=-∑2π12=. 7 复数法[1]（三角级数求和法）这是求三角级数和常用的方法，为了求级数0cos n n a nx ∞=∑及0sin n n a nx ∞=∑的和，常把它们视为复数域内的幂级数0nn n a z ∞=∑（其中ixz e =）的实部和虚部.如果0nn n a z ∞=∑的和好求，则级数0cos n n a nx ∞=∑及级数0sin n n a nx ∞=∑的求和问题就已解决.例11 求级数1sin n nxn ∞=∑的和函数. 解 ()1111sin Im Im Im nix inxnn n n n e nx e z n n nn∞∞∞∞=======∑∑∑∑,其中ix z e =令()1nn z f z n∞==∑()1z < ()111111n n n n f z zz z z∞∞-=='===-∑∑, ()()()()ln 1ln 1ln 1cos isin ix f z z e x x =--=--=---sin ln 1cos isin i arctan 1cos x x x x -⎡⎤=---+⎢⎥-⎣⎦ ()1sin ln 22cos iarctan21cos xx x=--+-, 故1sin n nx n ∞=∑()sin πIm arctan arctan cot 1cos 22x x x f z x -⎛⎫==== ⎪-⎝⎭ ()02πx <<. 8 积分法(1) [2]积分概念实际上可视为无穷级数求和概念的拓广，但相对来说，定积分较无穷级数好处理，因而有些级数求和问题可化为定积分问题去考虑，但它与定积分的递推公式有关.例12 求级数()111n n n-∞=-∑的和.解 令101n n x I dx x =+⎰,考虑到111110011n n n n n x x I I dx x dx x n---++===+⎰⎰. 当01x ≤≤时，由于1n n x x -≤，故1n n I I -≤, 于是112n n n I I I n -≤+=，即12n I n ≤，又1121n n n I I I n +≥+=+， 即122n I n ≥+.综合上两式有11222n I n n≤≤+ ()1n ≥,故lim 0n n I →∞=.再者递推可有 ()()()11101111n n n n n I I n-∞--=-=---∑, (3)又()11000ln 1ln 21dxI x x==+=+⎰.将(3)式两边取极限()n →∞且0n I → 则()111n n n-∞=-∑()100lim 1ln 2n n n I I I -→∞⎡⎤=+-==⎣⎦.(2)[3]利用公式()()101111a bn x x dx n a n b b a x -∞=-=++--∑⎰，()a b ≠. 来求无穷级数的和，当a 、b 为非负整数时，利用此公式求级数的和特别简单，下面我们验证此公式的正确性.作函数()11n a n b n x x f x b a n a n b ++∞=⎛⎫=- ⎪-++⎝⎭∑ 1x <()()1111n a n b n f x x x b a ∞+-+-='=--∑111a b x x b a x x ⎛⎫=- ⎪---⎝⎭1x <由于()00f =，故()001111a b a bxx x x x x f x dx dx b a x b a x--==----⎰⎰. 而()()11n n a n b ∞=++∑()10lim x f x →-=,所以()()101111a b n x x dx n a n b b a x -∞=-=++--∑⎰. 例13 求级数()()1112n n n ∞=++∑的和.解 此级数与上面公式比较知1,2a b ==从而()()1112n n n ∞=++∑2101211x x dx x --=--⎰1012xdx ==⎰. 9 化为微分方程求解有些级数的和函数经过微分后，再与原来的级数作某种运算后，可以组成一个简单的微分方程，这样级数求和问题就化为微分方程的求解问题.例14 求()202!nn x n ∞=∑的和函数，()x -∞<<+∞.解 设()()202!n n x S x n ∞==∑,考虑到()()()21211021!21!n n n n x x S x n n -+∞∞=='==-+∑∑, 则()()()()2210002!21!!n n nx n n n x x x S x S x e n n n +∞∞∞==='+=+==+∑∑∑,于是()12dx dx x x xS x e e e dx C e Ce --⎛⎫⎰⎰=+=+ ⎪⎝⎭⎰.又()01S =，则12C =，这样可有 ()()12x xS x e e chx -=+=. 10 利用无穷级数的乘积[2]有些级数可视为两个无穷级数的乘积，这时便可将所求级数和问题化为先求两个级数积（当然它们应该好求），再计算它们的乘积，当然这基于下面的结论：若级数n a ∑与n b ∑均收敛，又n c ∑也收敛，其中0110n n n n c a b a b a b -=+++,则n n n c a b =⋅∑∑∑.若n a ∑,nb∑都收敛且至少其中之一绝对收敛，其中nc∑收敛于nna b ⋅∑∑.例15 求级数1111123n n x n ∞=⎛⎫++++ ⎪⎝⎭∑的和函数()S x ，其中1x <.11 解 考虑()00n n n n x a x ∞∞===∑∑为绝对收敛级数，且()100nn n n x b x n ∞∞==+=∑∑收敛，这里1x <.又()11111101123n n n n n n x x c x x x x x x n n n --⎛⎫=⋅+⋅++⋅+⋅=++++ ⎪-⎝⎭, 则()()()100n n nn n n c x a x b x ∞∞∞====⋅∑∑∑, 再由011nn x x ∞==-∑,()1ln 1n n x x n ∞==--∑, 故()()()()1ln 1ln 111n n x x S x c x x x ∞=--==-=--∑. 无穷级数求和的方法远不止这十种，还有待于继续探索和总结，有些求和问题用一种方法求解很麻烦，甚至不可能，它需要多种方法的灵活交错使用，有些题目则可以多种方法求解，比如例13用定义法求和也可以(拆项相消就可求出部分和),这就要求我们熟练掌握上述方法,根据具体的题型寻找简单可行的途径来求解.参考文献：[1] 陈文灯，黄先开，曹显兵，施明有．高等数学复习指导[M]．北京：清华大学出版社，2007：516-524．[2] 陈文灯，吴振奎，黄惠青．高等数学解题方法和技巧[M]．北京：中国财政经济出版社，2004：334-345．[3] 周翠莲，于兰芳．无穷级数求和的方法[J]．承德民族师专学报:自然科学版，1996，（2）：15-18．。
探求无穷级数求和的几种常用方法
2n − 1 2(n −1) 。 x 2n
证明 ： 级数的前项部分和 1 1 1 1 sn = + + ++ 1 ⋅ 6 6 ⋅11 11 ⋅16 (5n − 4 )(5n + 1)
解 ：级 数 的 收 敛 域 是 (− 2, 2 ) . 设 和 函 数 是 s（x） ，即 ∞ 2n − 1 2(n −1) s (x ) = ∑ n x 。 2 n =1 从 0 到 x 积分并逐项积分 ， 得到
n =1 ∞
3 5 7 例3： 证明级数 1 − + − + 收敛 ， 并求其和。 2 4 8
证明 ：sn = 1 − +
3 2
1 5 7 n −1 2n − 1 − + + (−1) ， 两边乘以 ， 再相 2 2 2 23 2n −1
. sn = ∑ uk , n = 1, 2, . 若极限 lim sn = s 存在 ， 称级数 ∑ un 收敛 ， 和
k =1
∞
n
∞
n →∞
1 ， ] gn -1 2n 加 ，得 到 3 sn = 1 - 12 + g + ]-1 gn -1 1 n -2 + -1 n 2 2 2 2 2
两边乘以
2 2 2 ， 求出 sn， 再求极限 lim sn = . 所以级数收敛 ， 和是 。 9 n →∞ 3 9
n =1
称级数 ∑ un 发散 . 本文考虑在级 是 s, ∑ un = s ; 若极限 lim sn 不存在 ， n →∞
2
2
2
3 利用错位相减法求和
对于级数 ∑ un ，写出 sn = u1 + u2 + + un . 用一个适当的数 q
无穷级数的求和
无穷级数的求和Investigate of the summation ofinfinite series专业: 应用化学精细化工**: ***学号: ************摘要本文介绍了运用裂项相消, 错位相减, 逐项微分, 逐项积分, 运用特殊级数的和这几种方法求级数的和, 并通过实例说明了这些方法的应用.关键词: 级数; 求和; 幂级数; 傅里叶级数简介无穷级数求和是无穷级数中的主要内容,针对无穷级数求和归纳为6种方法.即利用无穷级数和的定义、递推、构造成幂级数、傅里叶级数、幂级数的逐项求导或逐项积分、微分方程,以下让我通过简单的例子，通过分析,总结归纳出无穷级数求和的解题技巧,使求解这类问题有章可循目录摘要 (I)简介 (II)1 引言 (1)2 裂项相消法 (1)3 错位相减法 (2)4 逐项微分法 (6)5 逐项积分法 (8)6 运用特殊级数的和求和法 (9)参考文献 (13)1 引言无穷级数(简称级数)是高等数学的一个重要组成部分. 它是表示函数, 研究函数性质以及进行数值计算的一种重要工具. 众所周知, 收敛级数都有和, 然而求出收敛级数的和常常是较困难的. 因此, 本文将讨论运用裂项相消, 错位相减, 逐项微分, 逐项积分, 运用特殊级数的和来求级数的和, 并通过实例说明了这些方法的应用.为行文的简洁, 本文中未特别申明的符号与文献[1]一致.2 裂项相消法设1n u n ∞=∑, 1n n n u v v +=-, 则1n u n ∞=∑的部分和为11n n s v v +=-.若 1lim n n v A +→∞=, 则1lim n n s A v →∞=-.也就是说1n u n ∞=∑的和为 1A v -.我们称上述求级数和的方法为裂项相消法.利用裂项相消法求级数的和, 关键是怎样将级数的通项拆成前后有抵消部分的形式, 通常经过变形, 有理化分子或分母, 三角函数恒等变形等处理可达到裂项相消的目的. 以下用具体例子来进行说明.例1 求无穷级数11(2)n n n ∞=∑+的和.解 因为1111()(2)22n n n n =-++,所以1111111111[(1)()()](1)232422212n S n n n n =-+-+⋅⋅⋅+-=+--+++,于是lim n n S S →∞=1111(1)2212n n =+--++34=. 所以113(2)4n n n ∞==∑+.如果一个级数的通项是一个三角函数式, 则可考虑利用三角函数公式, 将其化简为两式之差以便运用裂项相消法.例2 求级数 201arctan1n n n ∞=∑++ 的和.解 先考虑变换问题的数学形式, 由21(1)arctanarctan 11(1)k kk k k k+-=++++,联想到正切的差角公式tan tan tan()1tan tan αβαβαβ--=+,再设 tan 1,k k αβ=+=, 则原级数的部分和为2111arctan1arctan arctan arctan371arctan1(arctan 2arctan1)(arctan 3arctan 2)[arctan arctan(1)][arctan(1)arctan ]arctan(1),n S n n n n n n n =+++⋅⋅⋅+++=+-+-+⋅⋅⋅+--++-=+所以201arctanlim lim arctan(1)12nn n n S n n n π∞→∞→∞===+=∑++. 如果一个级数的通项是一个分母为若干根式之积的分式, 则可考虑将其分母或分子有理化以便运用裂项相消法.例3求和n ∞=∑.解 先对通项分母中的和式进行有理化, 得==,于是, 有(1n S =-++⋅⋅⋅++1=-,所以lim lim(11n n n n S ∞→∞→∞===-=∑.3 错位相减法设{}n u 为等差数列, 公差为d , {}n v 为等比数列, 公比为q , 则称0n n n u v ∞=∑为混合级数,这类级数的求和问题一般采用错位相减法.事实上, 设112233n n S u v u v u v u v n =+++⋅⋅⋅+, (1)两边同时乘以公比q 得112233n n n qS u v q u v q u v q u v =+++⋅⋅⋅+,即12233411n n n n n qS u v u v u v u v u v -+=+++⋅⋅⋅++, (2)(5)式减去(6)式得11231(1)()n n n n q S u v d v v v u v +-=+++⋅⋅⋅+-,112311lim lim[]1()n n n n n n S S qu v d v v v u v +→∞→∞+++⋅⋅⋅+-==-.我们这种求级数和的方法为错位相减法.例4 求级数113n n n∞-=∑的和. 解 因为21231333n n n-=+++⋅⋅⋅+S , (3)23112333333n n n=+++⋅⋅⋅+S , (4) (7)式减去(8)得23112111113333333n n n n n n --==++++⋅⋅⋅++S S S ,即1(1)3313(1)12323313n n n n n n n S -=-=---, 于是2313lim lim[(1)]32332n n n n n n S →∞→∞=--=, 所以 339lim 224n n S →∞=⨯=, 故 11943n n n ∞-==∑.4 逐项微分法定理[2]1 若在[,]a b 上, 1()n n u x ∞=∑的每一项都具有连续导数'()n u x 一致收敛于()x δ,又1()n n u x ∞=∑收敛于()S x , 则'()()S x x δ=, 即11()()nn n n d du x u x dx dx∞∞===∑∑, 且1()n n u x ∞=∑一致收敛于()S x .这定理说明了和号同求导运算可以交换, 它也称为逐项微分的定理. 但要注意的是, 仅仅在条件“1()n n u x ∞=∑一致收敛”之下, 即使'()n u x 存在且连续, 也不能保证和号同求导数号可以交换.例5 求级数357(1)357x x x x x -+-+⋅⋅⋅≤的和.解 令357()357x x x F x x =-+-+,在收敛域[]1,1-内逐项微分, 得()24621'11F x x x x x=-+-+⋅⋅⋅=+. 注意到(0)0F =, 所以20()arctan 1xdtF x x t ==+⎰, 于是当1x ≤时, 有357arctan 357x x x x x -+-+⋅⋅⋅=.例6 求级数11111(1)3521n n --+-⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅-的和.解 令35121111(1)3521n n x x x x x n --=-+-⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅-S(),逐项求导得2412321'()1(1)1n n S x x x x x --=-+-⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅=+, 所以2001()'()arctan 1x x S x S x dx dx x x ===+⎰⎰.因为级数12111(1)21n n n x n -∞-=-∑-在1x =处收敛, 所以 (1)arctan14S π==,即11111(1)35214n n π--+-⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅=-. 例7 求级数210(21)!n n x n +∞=∑+的和函数.解 ()-∞+∞该级数的收敛区间为，, 令()213501(210)!3!5!n n x x x y x n +∞===+++⋅⋅⋅∑+,2240'()12!2!4!n n x x x y x n ∞===+++⋅⋅⋅∑,所以234()'()12!3!4!x x x x y x y x x e +=+++++⋅⋅⋅=,()()'()x y x y x y x e +=即满足微分方程, 此方程为一阶线性微分方程，其通解为1()2x x y x e ce -=+.例8 求幂级数221[(1)!](2)(1)(2)!n n n x x n ∞=-<∑的和. 解 在 1x < 上对()S x 逐项求导, 可知2211[(1)!]'()2(2)(21)!n n n S x x n ∞-=-=-∑,2221[(1)!]4(2)(22)!n n n x n ∞-=--∑. 由此可得 2(1)''()'()4x S x xS x --=. 在这两端乘以 212(1)x --, 我们有'())'1x x =<,解得()(1)S x x =+<.5 逐项积分法定理2[2]设1()n n u x ∞=∑在[,]a b 上一致收敛于()S x , 并且每一()n u x 都在[,]a b 上连续, 则11()()()b bb x n aaan n u x dx S x dx u x dx ∞∞====∑∑⎰⎰⎰,亦即和号可以与积分号交换. 又在[,]a b 上, 函数项级数1()x n an u t dt ∞=∑⎰也一致收敛于()x aS t dt ⎰.该定理也称为逐项积分定理.例9 求级数234234(1)x x x x x ++++⋅⋅⋅<的和.解 令234()234F x x x x x =++++⋅⋅⋅, 其收敛域为(1,1)-, 在收敛域内逐项积分, 得234234234234123()234111(1)(1)(1)234111()()234ln(1)1x F t dt x x x x x x x x x x x x x x x x x=+++⋅⋅⋅=-+-+-+⋅⋅⋅=++++⋅⋅⋅-++++⋅⋅⋅=+--⎰，其中1x <, 于是21'()[ln(1)],11(1)n n x xF x nx x x x x ∞===+-=<∑--.例10 求下列级数的和()S x(1) 410(2)1()()412n n x S x x n +∞==<+∑; (2) 0()()(1)21nn x S x x n ∞=-=<+∑.解 (1) 在 12x <上对()S x 作逐项积分, 可知 222444000()111121arctan(2)ln ().24122x x xnn n n dtS x tdt t dt t x x x x∞∞=====-+=+<-∑∑⎰⎰⎰(2) 对 01x <<, 令 2x t =, 有2220002220001()(1)(1)2111((1))1arctan .n t nn n n n t t n n n t S t x dtn t dt x dt t t x t t ∞∞==∞==-=-+=-=+=∑∑⎰∑⎰⎰由此知()arctan S x = 对 10x -<<, 令 2x t =-, 有222200001111()ln 21121n t t n n n t dt tS t x dx n t t x t t ∞∞==+-====+--∑∑⎰⎰,由此可得()S x =6 运用特殊级数的和求和法这种方法的基本思想是: 将待求和的级数用一些已知级数来表示, 通过代入已知级数求得待求级数的和. 以下运用例子来说明该方法.例11 求123423434845165632S =-+-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅. 解 原式可以用级数表示如下1111(1)()(1)(2)2nn n k n S n n ++==-⋅∑++.考虑级数111(1)(1)(2)nn n k n x n n ++=-⋅∑++, 其收敛半径为1, 故当12x =时收敛, 设其和函数为()f x , 下面在区间()0,1内求()f x . 由于21(1)(2)21n n n n n =-++++,所以1111112111122()(1)(1)212(1)(1)2112[ln(1)]ln(1)22(1)ln(1)2,n n n n n n n n n n n x x f x n n x x x n n n xx x x x x x x++++∞∞=-++++∞==---∑∑++∞=-+-∑∑++-=+-+++-=++-令12x =, 即得13()5ln 222S f ==-. 例12 (1)求级数111111()()()2346812++++++⋅⋅⋅的和;(2)求级数111()23n n n ∞=+∑的和.解 (1) 由于111111111111()()[()()]2346223211111111[()][()]2422363211111122112311221211(1),232n n n n n n nn n S ----=++++⋅⋅⋅++=++⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅--=⋅+⋅--=-+- 所以1215lim[1(1)]2323n n n n S S →∞==-+-=, 故11115()()23463++++⋅⋅⋅=. (2) 因为22111111()()()232323n n n S =++++⋅⋅⋅++22111111()()222333n n =++⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅+1111(1)(1)3322111123n n --=+--, 所以13lim 122n →∞=+=, 从而1113()232n n n ∞=+=∑.例13 求下列级数的和: (1)112n n n∞-=∑; (2)12(1)!n n n ∞=+∑+. 解 (1)由于1211,(1)(1)n n nx x x ∞-==<∑-, 令()11111157111317f x -+-+-+⋅⋅⋅+=12x =,得112n n n∞-=∑的和, 因此 111211211()422(1)n n x n n n n x -∞∞-======∑∑-.(2)由于当x -∞<<+∞时, 有 212!!nxx x e x n =+++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅, 故令1x =即得11112!!e n =+++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅, 于是有11112(1)111(1)!(1)!!(1)!n n n n n n n n n n ∞∞∞∞====+++==+∑∑∑∑+++ (1)(2)23e e e =-+-=-.例14 求下列常数项级数之和:(1) 111113579-+-+-⋅⋅⋅;(2) 111111135791113+--++--⋅⋅⋅;(3) 11111157111317-+-+-+⋅⋅⋅.解 将()4f x π=在[]0,π内展开为正弦级数有()0,1,2,3,n a n ==⋅⋅⋅, 01()2sin 40()n n b nx dx n n πππ⎧⎪==⎨⎪⎩⎰为奇数为偶数,所以()()()11sin sin 3sin 2104321f x x x n x x n ππ==++⋅⋅⋅+-+⋅⋅⋅≤≤-. (1) 当2x π=时, 有1111135794π-+-+-⋅⋅⋅=.(2) 当4x π=时,有1111111357911134+--++-⋅⋅⋅=. (3) 当3x π=时,有11111157111317-+-+-+⋅⋅⋅=.例15 求2221111357++++⋅⋅⋅的和. 解 将函数[],x ππ-在上展成傅里叶级数得[]224cos3cos5(cos ),,235x xx x x ππππ=-+++⋅⋅⋅∈-. 令x π=, 则222211113578π++++⋅⋅⋅=.例16 求和0cos !n nxn ∞=∑.解 令 ixz e =, 则0!nZ n z e n ∞==∑. 因为 ()()cos 000cos sin ,cos sin sin sin !!!n Z x n n n z nxnx i e e x i x n n n ∞∞∞====+=+⎡⎤∑∑∑⎣⎦, 按实部和虚部分别相等的关系, 即得()()cos 0cos cos sin ,,!x n nxe x n ∞==-∞+∞∑.利用四则运算等将所给级数转化为()S x 代数方程再求解, 这种思维方式和求解方法与错位相减法类似, 只不过在错位相减法中两边同乘的是等比级数的公比q , 在这里则需依具体情况而定, 同乘以关于x 的某个代数式再两式相减以得化简.例17 求级数21n n nx ∞=∑的和.解 因为该级数的收敛半径1lim1nn n a R a →∞+==, 又因为当1x =±时，该级数发散，所以级数收敛域为(-1,1).()21n n nx S x ∞==∑设, 则()24623n S x x x x nx =+++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅ , (5) ()2468223n x S x x x x nx +=+++⋅⋅⋅++⋅⋅⋅, (6)(9)式减去(10)得()()222468211x x S x x x x x x -=++++⋅⋅⋅=-,故()()()222,1,11x S x x x =∈--.转化为微分方程求解, 即研究它的导数或其与它本身有何特点及相关联系, 看其是否满足某微分方程及定解条件. 找出求和级数所满足的微分方程及定解条件, 再解该方程.参考文献[1] 刘玉琏. 数学分析讲义(下册)[M], 北京: 高等教育出版社, 2003. [2] 陈传璋. 数学分析讲义下册[J], 北京: 高等教育出版社， 2004. [3] 张春平. 无穷级数的求和探讨[J], 沈阳师范大学学报, (3) 2008, 20-21. [4] 郑春雨. 数项级数和的求法例谈[J], 海南广播电视大学学报, (3)2006, 96-97. [5] 蔡炯辉. 胡晓敏, 收敛级数求和的初等方法[J], 玉溪师范学院院报, (6)2006, 95-98. [6] 华东师范大学数学系, 数学分析下册(第三版)[M], 北京:高等教育出版社, 2003. [7] 汪晓勤, 韩祥临. 中学数学中的数学史[M], 北京: 科学出版社, 2002. [8] 同济大学数学教研室, 高等数学(下册), 北京: 高等教育出版社, 1996. [9] 宣立新主编. 高等教育(上、下册), 北京: 高等教育出版社, 2000.[10] 高建福. 无穷级数与连分数[M], 合肥: 中国科学技术大学出版社, 2007, 43. [11] 朱文辉, 张亭. p 级数的求和[J], 大学数学, (3) 2005, 114-116 [12] R.R. Goldberg. Fourier Transforms[M]. cambridge, 1961.[13] Peppard, Kim. “College Algebra Tutorial on Geometric Sequences and series ”. New York: Halsledpress, 1981.。
无穷级数的常用公式
无穷级数是一种数学表达式，用来表示一个无限序列的和。
它可以用来表示一个函数的极限，或者用来求解一些复杂的数学问题。
无穷级数的一般形式为：
∑a_n = a_1 + a_2 + a_3 + ... + a_n + ...
其中，a_n是第n项的系数，n是一个正整数，表示第n项。
无穷级数的求和可以用以下公式：
1. 如果系数a_n是一个常数，则无穷级数的和为：
∑a_n = a_1 + a_2 + a_3 + ... + a_n + ... = a_1 + a_1 + a_1 + ... = a_1 * n
2. 如果系数a_n是一个等比数列，则无穷级数的和为：
∑a_n = a_1 + a_2 + a_3 + ... + a_n + ... = a_1 + a_1 * q + a_1 * q^2 + ... = a_1 * (1 - q^n) / (1 - q)
其中，q是等比数列的公比。
3. 如果系数a_n是一个等差数列，则无穷级数的和为：
∑a_n = a_1 + a_2 + a_3 + ... + a_n + ... = a_1 + a_1 + d + a_1 + 2d + ... = a_1 * n + d * (n * (n - 1)) / 2
其中，d是等差数列的公差。
4. 如果系数a_n是一个指数数列，则无穷级数的和为：
∑a_n = a_1 + a_2 + a_3 + ... + a_n + ... = a_1 + a_1 * r + a_1 * r^2 + ... = a_1 * (1 - r^n) / (1 - r)
其中，r是指数数列的公比。
以上就是无穷级数的常用公式。
无穷级数求和公式大全
无穷级数求和公式大全摘要：1.引言：介绍无穷级数求和公式的重要性和应用领域2.无穷级数的分类：根据项数和项之间的关系分类3.常见无穷级数求和公式：举例介绍常见的无穷级数求和公式4.求和公式的推导方法：介绍几种常用的推导方法5.应用实例：通过具体实例演示无穷级数求和公式的应用6.结论：总结无穷级数求和公式的特点和优势正文：一、引言在数学领域，无穷级数求和公式是一种重要的工具，它在数列、概率、微积分等多个领域都有着广泛的应用。
通过掌握无穷级数求和公式，我们可以更加方便地处理和分析各种问题。
二、无穷级数的分类无穷级数可以根据项数和项之间的关系进行分类，常见的分类有以下几种：1.项数有限的级数：例如等差数列求和、等比数列求和等。
2.项数无限的级数：根据项之间的关系，又可以分为等差数列、等比数列、斐波那契数列等。
三、常见无穷级数求和公式在数学中，有许多常见的无穷级数求和公式，例如：1.等差数列求和公式：Sn = n(a1 + an)/2，其中Sn 表示前n 项和，a1 表示第一项，an 表示第n 项。
2.等比数列求和公式：Sn = a1(1 - q^n)/(1 - q)，其中Sn 表示前n 项和，a1 表示第一项，q 表示公比。
3.斐波那契数列求和公式：Sn = (1/√5)((1 + √5)/2)^n - (1/√5)(1 -√5)^n。
四、求和公式的推导方法求和公式的推导方法有很多，常见的有以下几种：1.数列求和法：通过对数列进行求和，推导出无穷级数的求和公式。
2.裂项相消法：将级数中的项进行裂项处理，然后通过相消求和的方法推导出求和公式。
3.积分法：通过对级数进行积分，求出原级数的求和公式。
五、应用实例假设有一个等比数列：1, 2, 4, 8, 16,...，其公比为2。
我们可以通过等比数列求和公式求出前n 项和：Sn = a1(1 - q^n)/(1 - q) = 1(1 - 2^n)/(1 - 2) = 2^n - 1。
无穷级数求和的若干方法
无穷级数求和的若干方法作者：赵萍来源：《科技创新导报》2016年第25期摘要：无穷级数求和的方法有很多，也很有技巧性，是高等数学中的一个重要内容。
该文主要通过例题的形式介绍关于无穷级数求和的主要方法和技巧，包括定义法、裂项相消求和法、逐项微分或积分求和法、转化为函数项级数求和法等，目的是加深对这部分知识的理解和掌握。
关键词：无穷级数求和级数收敛中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（a）-0179-02无穷级数是高等数学中的一个重要内容，其中关于无穷级数的求和问题既是重点又是难点。
下面该文通过例题的形式，概括笔者在多年的教学实践中的经验和总结，系统全面的介绍无穷级数求和的方法和技巧。
我们首先需要注意的是对无穷级数的求和，第一要考虑它的敛散性质，常数项的级数在收敛的过程中才能够求和，函数项的级数在它的收敛范围内也是可以进行求和的。
关于无穷级数求和的若干方法如下。
（1）定义法。
从级数的相关定义我们可以看到，级数的实质其实就是无穷多项进行累加产生的结果，不可以直接依据一般意义下的有限项的加法法则将这些逐项的相加，一般的教材写出的计算方法都是先将级数的前n项的和计算出来，然后再使用极限的办法解决多项积累的这种问题。
这种方法与我们中学学过的数列知识是有着很密切的联系的，基本上就是使用中学学过的求和法，之后再进行求和的计算，方法不但简单而且容易把解题的相关技巧进行掌握。
（3）逐项微分或积分求和法。
值得注意的是，在这种方法的应用过程中积分与微分的先后顺序不是绝对的，要因题而异。
（4）转化为函数项级数求和法。
这种方法主要针对数项级数，有的数项级数可以借助于函数项级数求和。
综上所述，级数求和的方法涉及了很多的数学知识，属于综合性的数学问题。
该文仅以例题的形式介绍了最常用的几种方法，希望能加深学生对这部分知识的理解，并提高计算能力。
也希望大家在今后的学习中积极探索，总结好的新的方法，让级数在数学和其他的领域里面得到更好的使用，实现级数的价值。
无穷级数求和的几种常见方法
１ ! ２ｎ－ ２ｎ
ｎ＝１ ｘ
∞
ｘ２ｎ－ ２， 其收敛域为 （－ ( ２ ， ( ２ ）
＇ ∞ ＇
Hale Waihona Puke Ｓ（ｘ）＝ｘ・ ｓｉｎ ｘ & ＝ １ （ｓｉｎ ｘ＋ｘ ｃｏｓ ｘ） % ２ ２ ＋１ ! ２ｎ＋ｎ！
２ ｎ＝０ ｎ ∞
例 ２ ： 求级数
ｘｎ 的和函数 ：
（ 解题提示 ： 系数为若干项代数和的幂级数 ， 求和函数时应先将级 数写成各个幂级 数 的 代 数 和 ， 然 后 分 别 求 出 它 们 的 和 函 数 ， 最 后 对 和 函数求代数和 ， 即得所求级数的和函数 ） 。 解 ： 易求出其收敛域为 （－ ∞， ＋∞）。 令 Ｓ（ ｘ） ＝
科技信息
○ 职校论坛 ○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２００８ 年
第 １９ 期
无穷级数求和的几种常见方法
吴 媚 （ 南京化工职业技术学院 江苏 南京
２０１１４８ ）
摘 要】 本文将常见的几种无穷级数的求和方法加以归纳 ， 并提出了详细的解题步骤 ， 这样在解题时可做到有的放矢 ， 并根据不同的题型 【 选择不同的方法 ， 降低了解题的困难。同时为了便于理解 ， 选取了几个具有典型的例子 ， 更好的掌握求和的方法。 关键词】 幂级数 ； 数项级数 ； 求和 【
ｎ＋１ !（－ １） （２ｎ＋１）！
ｎ ｎ＝０
∞
求得和函数 Ｓ（ｘ）， 因此
ｘ２ｎ＋１ 的和函数。
例 ４ ： 求幂级数
＇
!ａ ＝ｌｉｍ Ｓ（ｘ）
ｎ ｎ＝０ ｘ→１－
解 ： 可求出收敛域为 （－ ∞， ＋∞）， 令 Ｓ（ ｘ） ＝
１ ! ２ｎ－ ２ｎ
无穷级数求和公式大全
无穷级数求和公式大全1. 等差数列求和公式：对于等差数列 a, a+d, a+2d, a+3d, ...，求和公式为 Sn= (n/2)(2a + (n-1)d)，其中n为项数，a为首项，d为公差。
2. 等比数列求和公式：对于等比数列 a, ar, ar^2, ar^3, ...，求和公式为 Sn = a(1 r^n) / (1 r)，其中n为项数，a为首项，r为公比。
3. 幂级数求和公式：幂级数是一种形如 a0 + a1x + a2x^2 + a3x^3 + ... 的级数，其中ai为系数，x为变量。
它的求和公式可以通过对收敛域内的函数进行展开得到。
4. 几何级数求和公式：几何级数是一种形如 a + ar + ar^2 + ar^3 + ... 的级数，其中a为首项，r为公比。
当|r| < 1时，几何级数收敛，其和为 S = a / (1 r)。
5. 特殊级数求和公式：调和级数，调和级数是指形如 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + ... 的级数。
调和级数发散，但其部分和的增长速度可以用对数函数来描述。
斯特灵公式，斯特灵公式是指对于阶乘的近似公式n! ≈√(2πn)(n/e)^n，其中e为自然对数的底数。
6. 特殊函数求和公式：欧拉函数，欧拉函数是指对于正整数n，小于等于n且与n互质的正整数个数。
欧拉函数有一些求和公式，如Σφ(d) = n，其中d是n的正因子。
狄利克雷级数，狄利克雷级数是指形如Σ(a/n^s) 的级数，其中a和s为常数。
狄利克雷级数的求和结果与s的取值相关。
这些只是无穷级数求和公式的一小部分，还有许多其他公式和技巧，用于处理特定类型的级数。
希望以上信息能对你有所帮助。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录摘要 (2)1无穷级数求和问题的几种方法 (2)1.1利用级数和的定义求和 (2)1.2利用函数的幂级数展开式求和 (3)1.3利用逐项求积和逐项求导定理求和 (4)1.4逐项求极限 (5)1.5利用Flourier级数求和 (7)1.6构建微分方程 (9)1.7拆项法 (9)1.8将一般项写成某数列相邻项之差 (10)2总结 (12)3参考文献 (12)无穷级数求和问题的几种方法摘要：无穷级数是数学分析中的一个重要容，同时无穷级数求和问题，也是学生学习级数过程中较难掌握的部分.然而，无穷级数求和没有一个固定的方法可循.本文结合具体例子，根据无穷级数的不同特点，介绍几种常用的求无穷级数的和的方法和技巧. 关键词：数项级数；幂级数；级数求和无穷级数是数学分析中的一个重要容，它是以极限理论为基础，用以表示函数，研究函数的性质以及进行数值计算的一种重要工具.然而数学分析中注重函数的敛散问题，却对无穷级数求和问题的方法介绍的比较少，所以求和问题是学生学习级数过程中较难掌握的部分.无穷级数求和没有一个固定的方法可循.本文结合具体例子，根据不同的无穷级数的不同特点，介绍几种常用的求无穷级数的和的方法和技巧. 1利用级数和的定义求和定义[1]若级数1n n u ∞=∑的部分和数列{}n S 收敛于有限值S ，即1lim lim n n n n n S u S ∞→∞→∞===∑,则称级数1n n u ∞=∑收敛，记为1n n u S ∞==∑，此时S 称为级数的和数；若部分和数数列{}n S 发散，则称级数1n n u ∞=∑发散.例1 求级数()∑∞=--1112n n q n ，1≤q 的和 .解： 2311357(21)n n S q q q n q -=+++++- (1) 2341357(23)(21)n n n qS q q q q n q n q -=+++++-+- (2)（1）-（2）得：11(1)12(21)1n n n q q S q n q q ---=+---12112(21)1(1)1n nn q q S q n q q q--=+-----212lim 1(1)n n qS q q →∞=+-- 即级数和2121(1)q S q q =+--. 2利用函数的幂级数展开式求和利用函数的幂级数展开式可以解决某些级数的求和问题.下面是几个重要的幂级数展开式：例01,!xnn e x x n ∞==-∞<<+∞∑1,111n n x x x ∞==-<<-∑ 01ln(1),11!nn x x x n ∞=-=--≤<∑3521sin (1),()3!5!(21)!n nx x x x x x n -=-+-+-+-∞<+∞-等等.例2 求0(1)(21)!nn nn ∞=-+∑的和.解 : 0(1)(21)!nn n n ∞=-+∑0(21)11(1)(21)!2n n n n ∞=+-=-⨯+∑ 0111(1)2(2)!(21)!n n n n ∞=⎡⎤=--⎢⎥+⎣⎦∑=001111(1)(1)2(2)!2(21)!n n n n n n ∞∞==---+∑∑注意到3521sin (1),()3!5!(21)!n nx x x x x x n -=-+-+-+-∞<+∞-242cos 1(1),()2!4!(2)!nnx x x x x n =-+-+-+-∞<+∞得1(1)(cos1sin1)(21)!2nn n n ∞=-=-+∑.3利用逐项求积和逐项求导定理求和 定理[2]设幂级数()nnn a x x ∞=-∑的收敛半径为R ,其和函数为()x S ，则在00(,)x R x R -+幂级数可以逐项积分和逐项微分.即：对00(,)x R x R -+任意一点x ，有：10000()()()1xx nn nn x x N n a a x x x x S x dx n ∞∞+==-=-=+∑∑⎰⎰10000()()()n n n n n n d d a x x na x x S x dx dx ∞∞-==⎡⎤-=-=⎣⎦∑∑并且逐项积分和逐项求导后的级数（显然是幂级数），其收敛半径仍为R . 例3[]3 计算无穷级数()() +-++⋅-⋅+⋅-⋅-14534231215432n n x xxxxnn之和(1)x <.解：对于级数()xxnn n+=∑-∞=1101(1)x <. 两边从0积分到x 得()()x nx n n n+=++∞=∑-1ln 111,(1)x <，两边从0积分到x 得()()()()()()x x x x dt t n n xn n nx++-+=+=++⎰∑-+∞=1ln 1ln 1ln 21021,(1)x <上式右边是原级数. 故级数和()()x x x x S ++-+=1ln 1ln ,(1)x <.例4 求幂级数()()x n n nn n 2112111⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+∑-∞=的和函数()x S . 解：令2t x =，幂函数()11111(21)n n n t n n ∞-=⎡⎤-+⎢⎥-⎣⎦∑的收敛半径 '11(21)lim 11(1)(21)n n n R n n →∞+-=+++故原函数的收敛半径1R ==，从而收敛区间为(1,1)-，而知级数2122211(1)(),(1,1)1n nnn n x xx x x ∞∞-==-=--=∈-+∑∑， 记1211()(1),(0)0(21)n n n x x n n ϕϕ∞-==-=-∑，'121'12()(1),(0)021n n n x x n ϕϕ∞--==-=-∑且''12212212()(1)22(1),(1,1)1n n n n n n x xx x xϕ∞∞---===-⋅=-⋅=∈-+∑∑ 于是(1,1)x ∈-，对上式，从0到x 作积分得'''0()()()2arctan x x x d x x ϕϕ==⎰,'0()()()2arctan x xx x d x xdx ϕϕ==⎰⎰=122012(arctan 2arctan ln(1)1x x dx x x x x -=-++⎰因此222()2tan ln(1),(1,1)1x f x x x x x x=+-+∈-+. 4逐项求极限如果函数在端点处无定义，那么可用求极限的方法讨论在端点处的和函数. 例5[]4 求幂级数121(1)1n nn x n +∞=--∑的和函数.解：（1）容易验证该幂级数的收敛域为[]1,1-.（2）再求幂级数在其收敛区间(1,1)-上的和函数，下面用逐项求导的方法求解.设1122()(1)1n n n x f x n +∞-==--∑，(1,1)x ∈- 则有1'12()(1)1n n n x f x n +∞-==--∑ 1(1)nnn x x n ∞==-∑再设1()(1)nnn x g x n ∞==-∑，(1,1)x ∈-又有1'11()(1)1n nn x g x n x -∞==-=-+∑于是对上式两边进行积分，得1()()(0)1xg x dt g t=-++⎰ln(1)x =-+ 并有'()()ln(1)f x xg x x x ==-+.再进行积分，又得0()ln(1)(0)xf x t t dt f =-++⎰221ln(1)224x x x x -=+-+（3）最后讨论幂级数在其收敛域上的和函数.因为函数221()ln(1)224x x x f x x -=+-+在1x =处左连续，而幂级数在1x =处收敛，所以等式1221221(1)ln(1),1224n n n x x x x x n +∞-=--=+-+-∑ 在1x =处也成立.但因()f x 在1x =-处无定义，故要改用逐项求极限来确定该幂级数在1x =-处的值，即由22111lim ()lim ln(1)224x x x x x f x x ++→-→-⎡⎤-=+-+⎢⎥⎣⎦ 11ln(1)3lim 1241x x x x +→-⎡⎤⎢⎥-+=⋅+⎢⎥⎢⎥+⎣⎦ 12131lim 14(1)x x x +→-+=+-+34= 得到112123lim ((1))41n n x n x n ++∞-→-==--∑11212lim ((1))1n n x n x n ++∞-→-==--∑1122(1)(1)1n n n n +∞-=-=--∑2211n n ∞==-∑ 所以原幂级数的和函数为221ln(1),(1,1]224()3,14x x x x x S x x ⎧-+-+∈-⎪⎪=⎨⎪=-⎪⎩.5利用Flourier 级数求和求某些数值级数的和可选择某个特殊的函数在[]0,2π或[],ππ-上展成傅里叶级数，然后再去适当的x 值或逐项积分即可. 例6[5]求21(1)nn n ∞=-∑的和.解：21(1)n n n ∞=-∑可以看作是余弦函数21(1)cos nn nx n∞=-∑在0x =时的值，因此可以考虑适当选取一个偶函数()f x ，满足21(1)()cos nf x nxdx nπππ--=⎰对于上式左端利用分部积分，得到'''22111()cos ()cos ()cos f x nxdx f x nx f x nxdx n nπππππππππ---⎡⎤=-⎣⎦⎰⎰ ='''(3)233111()cos ()sin ()f x nx f x nx f x n n nπππππππππ---⎡⎤-+⎣⎦⎰ 注意到cos cos()(1)nn n ππ=-=-有''(3)2311(1)1()cos ()()()sin n f x nxdx f f f x nxdx n n πππππππππ---⎡⎤=--+⎣⎦⎰⎰取21()4f x x =， 则21(1)()cos nf x nxdx nπππ--=⎰同时211()6f x dx n πππ-=⎰，这样21()4f x x =在[],ππ-上的Flourier 级数为 222111(1)cos 412nn x nx nπ∞=-==+∑ 令0x =，得221(1)112n n n π∞=-=∑ 例7[4]证明: 441190k kπ∞==∑.证明:将函数2()()2xf x π-=展成傅里叶级数222001()26xa dx ππππ-==⎰222011()cos 2k xa kxdx kπππ-==⎰， 0k b =是2221cos ()(),02212k xkxf x x k πππ∞=-==+≤≤∑由柏塞瓦尔等式（函数2()()2xf x π-=连续）2224040111()()22k k k a xa b dx k πππ∞=-++=∑⎰,有2422444011111()()2621640k xdx t dt kππππππππ∞-=-+===∑⎰⎰即441190k k π∞==∑. 6构建微分方程如果某些级数的一般项的分母类似于阶乘的级数时，可以利用经过逐项积分或逐项积分后得到的级数之和函数与原级数的和函数构成微分方程，然后解微分方程来求其和.例8 求级数11112242462468-+-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅之和.解：设幂级数246821()(1)2242462468(2)!!nn x x x x x S x n -=-+-++-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅则3572'1()(1)224246(2(1))!!nn x x x x S x x n -=-+-++-+⋅⋅⋅-24681()2242462468x x x x x ⎡⎤=--+-+⎢⎥⋅⋅⋅⋅⋅⋅⎣⎦(1())x S x =-于是所得一阶微分方程：'()(1())S x x S x =-,其通解为22()1,x S x Ce-=+由(0)0S =得1C =-因此得22121()(1)1(2)!!x nn N x S x Ce n ∞--==-=-∑ 从而121111(1)12242462468S e --+-+==-⋅⋅⋅⋅⋅⋅.7拆项法无穷级数求和时，有时根据一般项的特点，将一般项进行拆分来简化运算过程.例9 求幂级数121(1)n n n n x ∞-=-∑的和函数.解:先求幂级数的收敛域.因为1n =，且级数121(1)n n n ∞-=-∑与21n n ∞=∑都发散，所以幂级数的收敛域为(1,1)-. 由于2(1)(2)3(1)1n n n n =++-++因此12111111(1)(1)(1)(2)3(1)(1)(1)n nn nnnn n n n n n n x n n x n x x ∞∞∞∞---====-=-++--++-∑∑∑∑12''11'11(1)()3(1)()1n n n n n n xxx x ∞∞-+-+===---++∑∑ 12''11'11((1)())3((1)())1n n n n n n x xx x∞∞-+-+===---++∑∑ 32'''()3()111x x x x x x =-++++ 23(1)x x x -=+,(1,1)x ∈-因为幂级数的收敛域为，所以所求和函数为23()(1)x x S x x -=+,(1,1)x ∈-. 8将一般项写成某数列相邻项之差用这一方法求无穷级数的和，首先需要解决：已知1n n u ∞=∑，如何求n v ？当111n n n n m u b b b ++-=⋅，其中(1,2,)i b i =形成公差为d 的等差数列时，1111n n n n m v md b b b ++-=-⋅（m 为待定因子）.于常数项级数1n n u ∞=∑，如果能将一般项写某数列{}n v 的相邻两项之差:1n n n u v v +=-且极限lim n n u v ∞→∞=存在，则21321111()()()n k n n n n S u v v v v v v v v ∞++===-+-++-=-∑，所以1limn n S v v∞→∞=-.例10 求级数1n ∞=∑之和.解：一般项n u=-令n v =则1,n n n u v v +=-1v =lim n n v u ∞→∞=n =0n ==∴11n v v ∞∞==-∑10v =-=.例11 求11(1)(3)(5)(7)n n n n n ∞=++++∑的和.解: 1(1)(3)(5)(7)n u n n n n =++++1118(3)(5)(7)n v n n n +=-+++118(1)(3)(5)n v n n n =-+++则1n n n u v v +=-111lim()2468n n n n u v v ∞→∞=∴=-=⋅⋅⋅∑.总之，穷级数求和没有一个固定的方法可循，其实无穷级数求和方法很多，我们要善于发现和总结.这里只介绍了一些常用的方法和技巧，希望对大家计算求和问题有一定的帮助.参考文献 ：[1]传璋.数学分析[]M .：高等教育.1983.[2]裘兆泰.王承国.数学分析学习指导[]M .：科学.2004.[3]素峰.关于无穷级数求和问题的探讨.学院学报,2008,23(4):100-101.M.：高等教育出版.2004.[4]吴良森.毛羽辉.数学分析学习指导书[]M.：高等教育.1987.[5]玉琏.奎元.数学分析讲义学习辅导书[]Several Methods of Problem of Infinite Series SummationLiuYanhong 20071115051 Mathematical sciences college,mathematics and appliedmathematicsAdvisor Liu GuantingAbstract: The infinite series is an important part of mathematical analysis, and infinite series summation problem is a difficult part to master for students. However, infinite series summation has not a fixed method to follow. Combined with a concrete example, according to the different characteristics of the infinite series, we introduce several common methods and skills for infinite series in this paper . Keywords: Item series; Power series; Summation of Series。