engineering mathematics ii - seoul national...
TRANSCRIPT
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EEngineering Mathematics IIngineering Mathematics II
Prof. Dr. Yong-Su Na g(32-206, Tel. 880-7204)
Text book: Erwin Kreyszig, Advanced Engineering Mathematics, 9th Edition, Wiley (2006)
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Ch 15 Power Series Taylor SeriesCh 15 Power Series Taylor SeriesCh. 15 Power Series, Taylor SeriesCh. 15 Power Series, Taylor Series
15 1 Sequences Series Convergence Tests15.1 Sequences, Series, Convergence Tests
15.2 Power Series
15.3 Functions Given by Power Series
15.4 Taylor and Maclaurin Series
15.5 Uniform Convergence
2
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Ch. 15 Power Series, Taylor Series Ch. 15 Power Series, Taylor Series C 5 o e Se es, ay o Se esC 5 o e Se es, ay o Se es((거듭제곱거듭제곱 급수와급수와 테일러테일러 급수급수))
거듭제곱급수는 대표적인 해석함수이고 , 역으로 모든 해석함수들은테일러 급수라고 하는 거듭제곱급수로 나타낼 수 있다테일러 급수라고 하는 거듭제곱급수로 나타낼 수 있다.
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
수열(Sequence) { } { }간단히또는또는수열(Sequence)
:
• 항(Term):
때배정될이수개의한대하여에정수양의각각의 nzn
{ } { }nzzzzz , , , , 2121 간단히또는또는
nz항( )• 실수열(Real Sequence): 각 항들이 실수인 수열
수렴
n
• 수렴수열(Convergent Sequence): 수열갖는를극한값은 (Limit) , , 21 czz
czcz nnn →=∞→ lim 간단히또는
• 발산수열(Divergent Sequence): 수렴하지 않는 수열
Ex. 1 수렴수열과 발산수열
{ } { } ( ) { }
. 0 ,41 ,
3 ,
21 ,
발산한다은인과수열
수렴한다에극한값은수열
nn
n iini
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧ −−=
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
{ } { } ( ) { } . 1 1, , ,1 , 발산한다은인과수열 nnnn ziziii +=−−=
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
실부와 허부의 수열실부와 허부의 수열
( )
수렴에이수열허부의수렴하고에이수열실부의
수렴에이수열의복소수 , , , , ,2 ,1 21
b
ibaczzzniyxz nnnn
⇔
+==+=
수렴에이수열허부의수렴하고에이수열실부의 , , , , , , , , 2121 byyyaxxx nn⇔
Ex. 2 실부와 허부의 수열
4211 2 에서ni
niyxz nnn ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ ++−=+=
. 21
. 2 42 , 1 11 2
수렴한다로은
수렴한다에극한값는수열허부의수렴하고에극한값은수열실부의
iz
ny
nx
n
nn
+∴
+=−=
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
급수(Series) ++=∑∞
21 zzz급수(Series)
• n 번째 부분합(Partial Sums):
++∑=
211
zzzm
m
nn zzzs +++= 21
• 급수의 항(term):
• 수렴급수: 부분합의 수열이 수렴
, , 21 zz
• 합(Sum) 또는 값(Value) :
• 발산급수: 수렴하지 않는 급수
szzzsssm
mnn lim 21
1
인⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛++=== ∑
∞
=∞→
발산급수 수렴하지 않는 급수
• 나머지(Remainder):
실부와 허부
+++= +++ 321 nnnn zzzR
실부와 허부
수렴가지면서로합을이급수인 1
ivusziyxzm
mmmm +=+= ∑∞
=
것되는가합이그수렴하여이되고가합이그수렴하여이 2121 vyyuxx ++++⇔
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
급수에 대한 수렴 발산 판정법급수에 대한 수렴, 발산 판정법
• 발산
. ,0lim .0lim , 21 발산한다급수는이면따라서이다수렴하면이급수 ≠=++ nn zzzz
• 급수에 대한 Cauchy의 수렴원리
∞→∞→ nn
⋅⋅⋅++++41
31
211 series Harmonic cf)
급수에 대한 y의 수렴원리
( ) ,2 ,1
0
21 대하여에그리고모든
부등식대하여에임의의수렴급수가
ε
ε
pNnzzz pnnn =>⇔
+++
• 절대수렴(Absolutely Convergent) : 급수의 각 항들의 절대값의 합이 수렴하는 경우
( )
( ) . 것이다존재하는이의존에일반적으로만족하는을 εNp
• 조건수렴(Conditionally Convergent):
급수는 수렴하나 각 항들의 절대값의 합은 발산하는 경우 ⋅⋅⋅+−+−41
31
211 ex)
• 급수가 절대수렴하면, 수렴한다.432
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
C i T t (비교판정법)• Comparison Test (비교판정법)( )
,2 ,1 ,
21
21
있다수찾아낼을수렴급수실수항의
아닌음이만족하는을대하여에때주어졌을이급수
++
=≤++
bb
nbzzz nn
• Geometric Series (기하급수):
. ,
21
절대수렴한다또한수렴하며급수는주어진⇒
⎧
>
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
R i T (비판정법)• Ratio Test (비판정법)
( ) .lim ,2 ,1 0 121 이다대하여에급수어떤인 =++=≠ +∞→ Lzzzznz
n
n
nn
( )
( )
( )
. ,1 ii
. ,1 i
실패이다판정은이있으수발산할수수렴할급수는이면
발산한다급수는그이면
절대수렴한다급수는그이면
>
<
L
L
( ) . , ,1 iii 실패이다판정은이있으므로수도발산할수도수렴할급수는그이면=L
Ex. 4 비판정법⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++++
161
91
411 ,
41
31
211 ex)
다음 급수는 수렴하는가, 발산하는가? (먼저 추정해 보고 계산하라)
( ) ( ) ( ) +++++=+∑∞
275100!2
1751001!75100 ii
ni n
=0 !2!nn
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
R i T (비판정법)• Ratio Test (비판정법)
( ) .lim ,2 ,1 0 121 이다대하여에급수어떤인 =++=≠ +∞→ Lzzzznz
n
n
nn
( )
( )
( )
. ,1 ii
. ,1 i
실패이다판정은이있으수발산할수수렴할급수는이면
발산한다급수는그이면
절대수렴한다급수는그이면
>
<
L
L
( ) . , ,1 iii 실패이다판정은이있으므로수도발산할수도수렴할급수는그이면=L
Ex. 4 비판정법⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++++
161
91
411 ,
41
31
211 ex)
다음 급수는 수렴하는가, 발산하는가? (먼저 추정해 보고 계산하라)
( ) ( ) ( ) +++++=+∑∞
275100!2
1751001!75100 ii
ni n
=0 !2!nn
( )( )
( ) . 01125
175100
75100!1
751001
1
수렴한다급수는이이므로Lnn
iz
zi
ni
nn
n
=→+
=++
==+++
+
+
( ) 11!
nnznn
++
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
• Root Test (근판정법)• Root Test (근판정법)
( )1
21
절대수렴한다급수는이이면대하여에모든큰보다수어떤
대하여에급수어떤
>
-
15.1 Sequences, Series, Convergence Tests 15.1 Sequences, Series, Convergence Tests q , , gq , , g((수열과수열과 급수급수, , 수렴판정수렴판정))
PROBLEM SET 15.1
HW 17 ( i ) 18 ( i ) 23HW: 17 (ratio test), 18 (comparison test), 23
-
15.2 15.2 Power Power SeriesSeries ((거듭제곱급수거듭제곱급수))55 o eo e Se esSe es ((거듭제곱급수거듭제곱급수))
거듭제곱급수(Power Series)∞
• ( ) ( ) ( )
10
2020100
00
, , : )nt(Coefficie
:
aa
zzazzaazzazz nn
n
복소수
거듭제곱급수된거듭제곱으로의
계수
+−+−+=−− ∑∞
=
•
0 : )(Center z복소수중심
+++== ∑∞
22100 : 0 zazaazaz
nn거듭제곱급수된거듭제곱으로의 ∑
=210
00
nn
Ex. 1 원판 안에서의 수렴, 기하급수
. 1 1 1 20
발산한다때일절대수렴하고때일은기하급수 >
-
15.2 15.2 Power Power SeriesSeries ((거듭제곱급수거듭제곱급수))55 o eo e Se esSe es ((거듭제곱급수거듭제곱급수))
거듭제곱급수(Power Series)∞
• ( ) ( ) ( )
10
2020100
00
, , : )nt(Coefficie
:
aa
zzazzaazzazz nn
n
복소수
거듭제곱급수된거듭제곱으로의
계수
+−+−+=−− ∑∞
=
•
0 : )(Center z복소수중심
+++== ∑∞
22100 : 0 zazaazaz
nn거듭제곱급수된거듭제곱으로의 ∑
=210
00
nn
Ex. 1 원판 안에서의 수렴, 기하급수
. 1 1 1 20
발산한다때일절대수렴하고때일은기하급수 >
-
15.2 15.2 Power Power SeriesSeries ((거듭제곱급수거듭제곱급수))55 o eo e Se esSe es ((거듭제곱급수거듭제곱급수))
Convergence of a Power Series (거듭제곱급수의 수렴)
수렴한다에서중심거듭제곱급수는모든•
•
. 0 수렴한다에서중심거듭제곱급수는모든 z
01
절대수렴한다대해서에인접한더에보다
수렴에서점거듭제곱급수가 zzz ≠=
•
. , 01001 절대수렴한다대해서에모든인즉모든근접한더에보다 zzzzzzzz −
-
15.2 15.2 Power Power SeriesSeries ((거듭제곱급수거듭제곱급수))55 o eo e Se esSe es ((거듭제곱급수거듭제곱급수))
Radius of Convergence of a Power Series (거듭제곱급수의 수렴반지름)
• 수렴원(Circle of Convergence) : 수렴하는 모든 점을 포함하는 가장 작은 원
• 수렴반지름(Radius of Convergence) : 수렴원의 반지름
( )
0
0
수렴하고대하여에모든만족하는을내부원의
수렴반지름수렴원이
zRzz
RRzz
−
•
때수렴할에서만중심단지급수가
때수렴할대해에모든급수가
: 0
:
0zzR
zR
==
∞=
-
15.2 15.2 Power Power SeriesSeries ((거듭제곱급수거듭제곱급수))55 o eo e Se esSe es ((거듭제곱급수거듭제곱급수))
0*lim 1 수렴한다대해에모든거듭제곱급수는즉이다이면때일 zRL*Lan ∞===+
Radius of Convergence R (수렴반지름)
( ) Hadamard-Cauchy lim*
1 0
. , . 0 , *lim
공식이면
수렴한다대해에모든거듭제곱급수는즉이다이면때일
aa
LRL*
zRL*La
n
n
nn
==≠
∞===
∞→
∞→
. .0 lim
*
01
1
수렴한다에서만중심단지이다이면 zRa
a
aL
n
n
n
nn
=∞=+∞→
+∞→
Ex. 5 수렴반지름
( )!2∞ ( )( )
( ) ? 3!
!2 0
2 수렴반지름은의거듭제곱급수n
niz
nn
−∑∞
=
-
15.2 15.2 Power Power SeriesSeries ((거듭제곱급수거듭제곱급수))55 o eo e Se esSe es ((거듭제곱급수거듭제곱급수))
0*lim 1 수렴한다대해에모든거듭제곱급수는즉이다이면때일 zRL*Lan ∞===+
수렴반지름
( ) Hadamard-Cauchy lim*
1 0
. , . 0 , *lim
공식이면
수렴한다대해에모든거듭제곱급수는즉이다이면때일
aa
LRL*
zRL*La
n
n
nn
==≠
∞===
∞→
∞→
. .0 lim
*
01
1
수렴한다에서만중심단지이다이면 zRa
a
aL
n
n
n
nn
=∞=+∞→
+∞→
Ex. 5 수렴반지름
( )!2∞
( )( ) ( ) ( )( ) ( ) 11li!1!2lili
22!
!22
이다+
⎥⎤
⎢⎡ +⎥
⎤⎢⎡ nnnR n
n
( )( )
( ) ? 3!
!2 0
2 수렴반지름은의거듭제곱급수n
niz
nn
−∑∞
=
( )( )( )( )
( )( )
( )( )( )
( )( )( )
. 413 3
41
.41
12221lim
!!1
!22!2limlim 2
!1!22
!
2
수렴한다안에서원판열린인중심이이고반지름이급수는이
이다
-
15.2 15.2 Power Power SeriesSeries ((거듭제곱급수거듭제곱급수))55 o eo e Se esSe es ((거듭제곱급수거듭제곱급수))
PROBLEM SET 15.2
HW 8 12 20 ( ) (b) (d)HW: 8, 12, 20 (a), (b), (d)
-
15.3 Functions Given by 15.3 Functions Given by Power Power SeriesSeries5 3 u c o s G e y5 3 u c o s G e y o eo e Se esSe es((거듭제곱급수거듭제곱급수로로 주어지는주어지는 함수함수))
거듭제곱급수의 연속성 (Continuity)( )
( ) 0
0
연속이다에서는함수
있다면수나타낼거듭제곱급수로가지는수렴반지름을인가함수
=
>
zzf
Rzf
거듭제곱급수에 대한 항등정리 (Identity Theorem). 유일성 (Uniqueness)
함수는 같은 중심을 갖는 두 개의 서로 다른 거듭제곱급수로 표현될 수 없다
( ) . 0 연속이다에서는함수 =zzf
함수는 같은 중심을 갖는 두 개의 서로 다른 거듭제곱급수로 표현될 수 없다.
22102
210
갖는다합을똑같은대해서에모든
이과거듭제곱급수두수렴하는에서 zbzbbzazaaRz ++++++<
( ) . ,
, , , , .
.
0
221100
유일하다표현은이표현된다면거듭제곱급수로갖는를중심임의의가함수
즉같다항등적으로급수는이들
갖는다합을똑같은대해서에모든
zzf
bababa
z
∴
===⇒
( ) ,0f
-
15.3 Functions Given by 15.3 Functions Given by Power Power SeriesSeries5 3 u c o s G e y5 3 u c o s G e y o eo e Se esSe es((거듭제곱급수거듭제곱급수로로 주어지는주어지는 함수함수))
Operations on Power Series (거듭제곱급수의 연산)Operations on Power Series (거듭제곱급수의 연산)
• 항별덧셈 또는 항별뺄셈
항별뺄셈하면또는항별덧셈거듭제곱급수를개의두인과수렴반지름이 RR
항별곱셈: 첫 번째 급수의 각 항에 두 번째 급수의 각 항을 곱하여 의 차수가
.
21
21
얻는다거듭제곱급수를갖는수렴반지름을같은것과작은중과
항별뺄셈하면또는항별덧셈거듭제곱급수를개의두인과수렴반지름이
RR
RR
• 항별곱셈: 첫 번째 급수의 각 항에 두 번째 급수의 각 항을 곱하여 z의 차수가
같은 것을 모으는 것을 의미한다.
두 개의 급수가 갖는 수렴원에 모두 속하는 z에 대해 절대수렴한다.두 개의 급수가 갖는 수렴원에 두 속하는 에 대해 절대수렴한다
( ) ( ) ( ) ++++++=+++∑∞
20211200110000110
: )ProductCauchy (Cauchy
zbababazbababazbababa n
곱
• 미분급수(Derived Series) : 항별미분에 의하여 얻은 거듭제곱급수
( ) ( ) ( ) +++++++++∑=
− 0211200110000
0110 zbababazbababazbababan
nnn
∞
+++=∑∞
=
− 2321
1
1 32 zazaaznan
nn
-
15.3 Functions Given by 15.3 Functions Given by Power Power SeriesSeries5 3 u c o s G e y5 3 u c o s G e y o eo e Se esSe es((거듭제곱급수거듭제곱급수로로 주어지는주어지는 함수함수))
거듭제곱급수의 항별미분거듭제곱급수의 항별미분
거듭제곱급수의 미분급수는 원래의 급수와 똑같은 수렴반지름을 갖는다.
거듭제곱급수의 항별적분거듭제곱급수의 항별적분
32211
2210
갖는다수렴반지름을동일한급수와원래의은
거듭제곱급수얻어지는적분하여항별로을급수
+++=
+++
∑∞
+ zazazaza
zazaa
nn
해석함수. 그것의 도함수
. 321 00
갖는다수렴반지름을동일한급수와원래의은+++=+∑=
zzzaznn
.
0
표현한다해석함수를점에서모든있는안에수렴원그것의
거듭제곱급수는갖는을수렴반지름아닌이∗ R
.
표현한다해석함수를도함수도
갖는다수렴반지름을동일한급수와원래의
얻어지며미분하여항별로급수를원래의도함수는함수의이
∴⇒
∗
. 표현한다해석함수를도함수도∴⇒
-
15.3 Functions Given by 15.3 Functions Given by Power Power SeriesSeries5 3 u c o s G e y5 3 u c o s G e y o eo e Se esSe es((거듭제곱급수거듭제곱급수로로 주어지는주어지는 함수함수))
PROBLEM SET 15.3
HW 12 13 20HW: 12, 13, 20
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
테일러 급수: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )
경로닫힌단순포함하는를:
**
*21
!1 , 1
00
10
zC
dzzzzf
izf
nazzazf
Cn
nn
n
nn ∫∑ +
∞
= −==−=
π
반시계방향적분방향
경로닫힌단순포함하는를
:
: 0zC
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
테일러 급수: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )
경로닫힌단순포함하는를:
**
*21
!1 , 1
00
10
zC
dzzzzf
izf
nazzazf
Cn
nn
n
nn ∫∑ +
∞
= −==−=
π
반시계방향적분방향
경로닫힌단순포함하는를
:
: 0zC
( ) ( )
( ) ( )( )
( ) ( )( )
해석적이다역시도함수도그갖고도함수를계의모든에서해석적에서영역가
,2
!2'' ,21'
.
3020 dzzzzf
izfdz
zzzf
izf
DDzf
CC −=
−=⇒ ∫∫ ππ ( ) ( )
( ) ( ) ( )( )
( )일반적으로 ,2 ,1 ,2
!
22
10
0
00
ndzzzzf
inzf
zzizzi
Cn
n
CC
=−
= ∫ +π
ππ
방향반시계방향적분
경로닫힌단순임의의안의있는속해에전체가내부둘러싸면서를
:
: 0 DDzC
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
테일러 급수: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )
경로닫힌단순포함하는를:
**
*21
!1 , 1
00
10
zC
dzzzzf
izf
nazzazf
Cn
nn
n
nn ∫∑ +
∞
= −==−=
π
Maclaurin 급수:
반시계방향적분방향
경로닫힌단순포함하는를
:
: 0zC
급수테일러가지는을중심 0zMaclaurin 급수:
테일러의 공식
급수테일러가지는을중심 0 0 =z
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )02
00 zzzzzzn−−−( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )( ) ( )
***
*2
: )Remaninder(
!''
!2'
!1
1
10
00
00
00
0
dzzfi
zzzR
zRzfnzzzfzzzfzzzfzf
n
n
n
nn
∫−
=
+++++=
+
+
나머지 ( )( ) ( )**2
)( 10 zzzzi C
nn ∫ −− +π
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
테일러의 정리테일러의 정리
( ) :
:
0 점임의의에서의
해석적에서정의역
DzzDzf
=
( )( )
( ) )(
.
0
0
최대값의위에서의원만족한다을부등식은계수
유효하다원판에서열린최대의인중심이되는해석적이가
존재하며개가한정확히거듭제곱급수는표현하는를이고중심이
fMMzzf
zfz
≤
⇒
( ) ) .( 0 최대값의위에서의원만족한다을부등식은계수 zfrz-zMraa nnn ==≤
특이성과 수렴반지름Cauchy의 부등식 (14.4)
•
•
( ) ( ) . 존재한다이점않은미분가능하지특이점의하나의적어도수렴원은급수의테일러 zf
( ) 거리와특이점까지의가까운가장의중심에서부터수렴반지름은급수의테일러 zf
테일러 급수로서의 거듭제곱급수
( ). . 있다수커질더거리보다수렴반지름이때때로일치한다
0이 아닌 수렴반지름을 갖는 거듭제곱급수는 그 합의 테일러 급수이다.
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
주요한 특수 테일러 급수
Ex. 1 기하급수
( )1 11
1 20
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
Ex. 3 삼각함수와 쌍곡선함수
( ) ( ) +−+−=−=∑∞
!4!2
1!2
1cos422 zzzz
nn( ) ( )
( ) +++==∑
∑
∞
=
!4!21
!2cosh
!4!2!2
422
0
zzn
zz
n
n
n
( ) ( )iziziziz eei
zeez −− −=+=21sin ,
21cos
( ) ( )zzzz eezeez −− =+= 1sinh1cosh( )( ) ( ) +−+−=+−=∑
∞
=
+
=
!5!3!121sin
!4!2!253
0
12
0
zzznzz
n
n
nn
n ( ) ( )eezeez −=+=2
sinh ,2
cosh
( ) +++=+=∑∞
=
+
!5!3!12sinh
53
0
12 zzznzz
n
n
Ex. 4 로그함수
( ) +−+−=+1Ln32 zzzz( ) +−+−=+
321Ln zz
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
실제적인 방법 1 ∞실제적인 방법Ex. 5 대입법
( ) . Maclaurin 1
12+
=zf 구하라급수를의
( )1 11
1 20
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
이항급수(Bi i l S i )이항급수(Binomial Series)
( )( ) ( ) ( )( ) +++−++−=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=+= ∑
∞− 32
!321
!2111
11 zmmmzmmmzz
mz nmm( )
( ) ⎟⎠
⎜⎝+
∑=0 !3!21 nz nm
Ex. 8 이항급수, 부분분수에 의한 분해
( )
( ) =+=
−−+++
== 232
0
2121
. 128
592 1
zf
zzzzzzfz 구하라급수를테일러의함수다음하여중심으로을
( )( ) ( )[ ] ( )
( )[ ] ( )( ) ( ) ( )−
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−
+−=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=−⎟
⎟⎞
⎜⎜⎛
=
−−−
−+=
−+
+=
∑∑∑∞
+
∞∞
2121
22
121
311
21
312
91
1111
91
121332
znzz
zzzzzf
nnn
nnn
( )[ ] ( ) ( )
( ) ( ) ( ) −−−−−−−−=
⎥⎦⎢⎣⎠⎝⎠⎝⎟⎠
⎜⎝−−⎟⎠
⎜⎝ −+
∑∑∑=
+==
32
02
00212
31
119442751
108231
5431
98
2323911119
zzz
nzz nnn
nn
-
15.4 Taylor and 15.4 Taylor and MaclaurinMaclaurin SeriesSeries5 ay o a d5 ay o a d ac auac au Se esSe es((테일러급수와테일러급수와 MaclaurinMaclaurin 급수급수))
PROBLEM SET 15.4
HW 13 20 ( ) i h (b) ( )HW: 13, 20 (a) ez, cosz, sinhz, (b), (c)
-
15.5 15.5 Uniform ConvergenceUniform Convergence ((균등수렴균등수렴))5 55 5 U o Co e ge ceU o Co e ge ce ((균등수렴균등수렴))
균등수렴(Uniform Convergence)균등수렴(Uniform Convergence)
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 에서균등수렴한다영역은급수갖는를합 . 2100
Gzfzfzfzfzsm
m +++=∑∞
=
( ) ( ) ( )을대하여에모든있는에그리고모든부등식
대하여에임의의
0
ε
ε
zGNnzszs n >⇔
( ) 존재이정수않는의존하지에만족하는 εNNz =
-
15.5 15.5 Uniform ConvergenceUniform Convergence ((균등수렴균등수렴))5 55 5 U o Co e ge ceU o Co e ge ce ((균등수렴균등수렴))
거듭제곱급수의 균등수렴∞
( )
.
0
0
00
균등수렴한다에서원판모든인반지름이
은거듭제곱급수갖는을수렴반지름아닌이
rzzRr
zzaRm
mm
≤−<
−∑∞
=
합의 연속성
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )
. 100
연속이다에서도함수연속이면에서점있는에가항각
균등수렴한다에서영역이급수
zzFzGzf
GzfzfzfzFm
m ++== ∑∞
=
( ) ( ) . , 11 연속이다에서도함수연속이면에서점있는에가항각 zzFzGzfm
-
15.5 15.5 Uniform ConvergenceUniform Convergence ((균등수렴균등수렴))5 55 5 U o Co e ge ceU o Co e ge ce ((균등수렴균등수렴))Ex. 2 연속인 항들을 갖는 급수이면서 그 합이 불연속인 경우
( )222
2 보자생각해을실수는기하급수 xxxxx ++++ ( ) ( ) ( ) . 111 32222 보자생각해을실수는기하급수 xxxxx +++++++
( ) ( )1111 : 22
2 ⎥⎤
⎢⎡
++++= xsn n부분합항까지의 ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )11
1
1 1
1
1
1 1
11
111
1
111
12222
22222
2
2222
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
++
+++
+−
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
+++
++
++=
+−⇒
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ +++
+xxx
xxxx
xsx
s
xxx
nnnnn
nn부항까지의
( ) ( ) ( ) ( )
( )111
1
1111111
122
2
2
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
+−=
+⇒
⎥⎦⎢⎣ +++⎥⎦⎢⎣ ++++
+x
xsx
x
xxxxxxx
nn
2
1 5
s s
s4
y
( )( )01
1
11
2
22
⎧
+−+=⇒
xxs nn
1.5
s64
s16
s1
( )( )
0001lim
2
⎩⎨⎧
=≠+
==∴∞→ x
xxss nn–1 0 1 x
있다점이불연속인합은그하지만절대수렴도더욱이수렴급수가그연속이고항들이모든
. 0
. ,
없다수균등수렴일구간에서포함하는을또한
있다점이불연속인합은그하지만절대수렴도더욱이수렴급수가그연속이고항들이모든
= x
-
15.5 15.5 Uniform ConvergenceUniform Convergence ((균등수렴균등수렴))5 55 5 U o Co e ge ceU o Co e ge ce ((균등수렴균등수렴))
Ex. 3 항별적분이 가능하지 않은 급수∞
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 보자고려해을단에서구간놓고이라 , 10 , 10
2
xuxuxfxfxmxexu mmmm
mmx
m −
∞
=
− −=≤≤= ∑
( ) : i 011201 =−=−++−+−= − nnnnn uuuuuuuuusn 부분합항까지의( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) 0
100limlim
1
011201
≤≤===∞→∞→
∫
nnnn
nnnnn
dF
xxuxsxF급수
( )
( ) ii
0
21
0
=+++=
=∴ ∫
nnn ufffs
dxxF
적용하면임을항별적분하고
( ) ( ) ( ) ( ) ( )211
21limlimlimlimlim
1
0
1
0
1
01
1
01
1
0
2
=−===== −∞→
−
∞→∞→∞→=∞→
∞
=∫∫∫∑∫∑∫ nn
nx
nnnnn
n
mmnm
m edxnxedxxudxxsdxxfdxxf
-
15.5 15.5 Uniform ConvergenceUniform Convergence ((균등수렴균등수렴))5 55 5 U o Co e ge ceU o Co e ge ce ((균등수렴균등수렴))
항별적분∞
( ) ( ) ( ) ( )
.
. 100
경로이다임의의에서의는
균등수렴한다에서영역이급수
GC
GzfzfzfzFm
m∑ ++==∞
=
( ) ( ) ( ) ( ) . 100
이다합은그수렴하고은 dzzFdzzfdzzfdzzfCCCm C
m ∫∫∫∑ ∫ ++=⇒∞
=
항별적분
( ) ( ) ( ) ( ) . 100
균등수렴한다에서영역이급수 GzfzfzfzFm
m ++== ∑∞
=
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . ''''
, '''
210
210
0
이다대하여에모든에서의
연속이다에서항들이각균등수렴하고에서이급수
zGzfzfzfzF
GGzfzfzf
m
+++=⇒
+++
-
15.5 15.5 Uniform ConvergenceUniform Convergence ((균등수렴균등수렴))5 55 5 U o Co e ge ceU o Co e ge ce ((균등수렴균등수렴))균등수렴에 대한 Weierstrass M 판정법
( )
,1 ,0
210 존재한다이수렴급수상수항의인
대하여에모든와모든있는에영역평면의
MMMMzf
mzGz
mm +++≤
=
( ) ( ) ( ) . 100
균등수렴한다에서영역은 Gzfzfzfm
m ++=⇒ ∑∞
=
Ex. 4 Weierstrass M 판정법
? 1 cosh
1 1
2 균등수렴하는가에서원판은급수 ∑∞
=
≤+
+
m
mz
zmmz
21
cosh1
222 이므로≤+
≤+
+mm
mmz
zmmz
. 1 M sWeierstras1
2 입증된다균등수렴이의해수렴성에의판정법과 ∑∞
=m m
-
15.5 15.5 Uniform ConvergenceUniform Convergence ((균등수렴균등수렴))5 55 5 U o Co e ge ceU o Co e ge ce ((균등수렴균등수렴))
절대수렴과 균등수렴의 무관성
Ex. 5 절대수렴과 균등수렴의 무관성
( ) 1111 1은급수 ∑
∞ −
+−+−=− m
( ) 0 i.
321
2221
2
급수이므로된교대항으로음의양과형성하는단조감소수열을갖는극한값으로을절대값들이항의각
않는다절대수렴하지균등수렴하지만위에서실수축전체
은급수 ∑=
++
+++
=+m xxxmx
( )
( ) ( ) 1 11
1 0
.
2 얻는다을대하여에모든과주어진
않는다넘지절대값을항의번째첫급수의이은나머지
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ≥> n
n
εεNn
nxRx
R
εε
( )
( ) ( ) 111ii
.
1
1
때문에발산하기이이고대하여에점고정된
준다증명해균등수렴을무관하므로에이
∑∞−
>=−
⎠⎝++
m
kkx
xεN
εnnx
( )
.
ii1
22
않는다절대수렴하지반드시급수는이
때문에발산하기이이고대하여에점고정된 ∑=
>+
=+ m m
kmmxmx
x
-
15.5 15.5 Uniform ConvergenceUniform Convergence ((균등수렴균등수렴))5 55 5 U o Co e ge ceU o Co e ge ce ((균등수렴균등수렴))
PROBLEM SET 15.5
HWHW: