arctanx的幂级数收敛域

更新时间:2026-01-05 20:08:16
最佳答案

arctanx的幂级数收敛域可以通过以下步骤求得:

首先,将arctanx表示为幂级数形式。利用泰勒级数展开,我们有:
\[ \arctan x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{2n+1} x^{2n+1} \]
其中,展开点是x=0。

接下来,确定收敛半径。由比值法则,考虑级数的一般项\( a_n = \frac{(-1)^n}{2n+1} \),我们计算:
\[ \lim_{n \to \infty} \left| \frac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \left| \frac{(-1)^{n+1}}{2n+3} \cdot \frac{2n+1}{(-1)^n} \right| = \lim_{n \to \infty} \frac{2n+1}{2n+3} = 1 \]
因此,收敛半径\( R = \frac{1}{1} = 1 \)。

最后,确定收敛域。由于收敛半径为1,我们需要检查端点x=-1和x=1处的收敛性。对于x=1,级数变为交错级数,且满足莱布尼茨判别法,因此收敛。对于x=-1,级数变为:
\[ \arctan(-1) = -\frac{\pi}{4} \]
由于级数在x=-1处收敛,所以收敛域为[-1, 1]。

综上所述,arctanx的幂级数收敛域是[-1, 1]。

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