将函数f(x)=arctan[1−2x/1+2x]展开成x的幂级数,并求级数∞n=0(−1)n2n+1的和.

1个回答

  • 解题思路:幂级数展开有直接法与间接法,一般考查间接法展开,即通过适当的恒等变形、求导或积分等,转化为可利用已知幂级数展开的情形.本题可先求导,再利用函数[1/1−x]的幂级数展开

    1

    1−x

    =1+x+

    x

    2

    +…+

    x

    n

    +…

    即可,然后取x为某特殊值,得所求级数的和.

    因为:f′(x)=−

    2

    1+4x2=−2

    n=0(−1)n4nx2n,x∈(−

    1

    2,

    1

    2),

    而f(0)=[π/4],

    所以:

    f(x)=f(0)+

    ∫x0f′(t)dt=

    π

    4−2

    ∫x0[

    n=0(−1)n4nt2n]dt=

    π

    4−2

    n=0

    (−1)n4n

    2n+1x2n+1,x∈(−

    1

    2,

    1

    2),

    由于级数

    n=0

    (−1)n

    2n+1收敛,函数f(x)在x=

    1

    2处连续,

    所以:f(x)=

    π

    4−2

    n=0

    (−1)n4n

    2n+1x2n+1,x∈(−

    1

    2,

    1

    2],

    令x=

    1

    2,得:f(

    1

    2)=

    π

    4−2

    n=0[

    (−1)4n

    2n+1•

    1

    22n+1]=

    π

    4−

    n=0

    (−1)n

    2n+1,

    再由:f(

    1

    2)=0,得:

    n=0

    (−1)n

    2n+1=

    π

    4−f(

    1

    2)=

    π

    4.

    点评:

    本题考点: 数项级数求和;间接法将函数展开成幂级数.

    考点点评: 本题考查了利用间接法将函数展开成幂级数的方法,需要熟记常用函数的幂级数展开式.