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用Mathematica处理高等数学——幂级数问题初探

时间:2024-10-22 07:23:20

由于Mathematica可以进行精确的符号计算,所以,有必要介绍一下用Mathematica处理高等数学问题的技巧!现在初步探索一下关于级数的问题。

用Mathematica处理高等数学——幂级数问题初探

工具/原料

电脑

Mathematica

展开某函数为级数的形式—Series

1、Series[f[x],{x,0,n}]是把函数f(x)展开为x=0处的幂级数的近似形式。Series[1/(1+x+x^2),{x,0,6}]这是求1/(1+x+x^2)的级数的前六项。

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2、二项式展开(只是展开一部分):Series[(a+b)^n,{b,0,3}]这里展开了四项。

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3、对于未定义的函数,将用导函数的形式给出其幂级数:Series[1+g[t],{t,0,3}]如果要消去后面的剩余项,可以用Normal命令:Normal[%]

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4、Series展开的级数,有可能含有别的函数形式:Series[x^x,{x,0,4}]这里就含有对数函数的形式。

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5、如果难以求出函数的反函数,用InverseSeries命令可以直接求其反函数的级数。如求f(x)反函数的幂级数:InverseSeries[Series[f[y],{y,0,3}],x]

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幂级数求和

1、求级数1+1/1!+1/2!+……的和函数:Sum[1/n!,{n,0,Infinity}]其中,Infinity是无限大的意思。

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2、调和级数不收敛!Sum[1/n,{n,1,Infinity}]但是,Mathematica能精确地求出它的部分和:Sum[1/n,{n,1,99}]

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3、类似于调和级数的p-级数(p>1)都是收敛的:Sum[龀音孵茧1/n^2,{n,1,Inf足毂忍珩inity}]多列举几个看看:Table[Sum[1/n^p,{n,1,Infinity}],{p,2,10,1}]当p是奇数的时候,无法给p-级数得出明确的结果,但是这些级数都是收敛的!所以用Zeta函数来表示。

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4、不规则级数求和,也有可能得到和函数。例如:Sum[1/(a^2+x^2),{x,1,Infinity}]Sum[1/(a^2+x^2),{a,1,Infinity}]

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5、连续自然数的幂和公式的Mathematica代码(幂指数分别是1,2,3,4,5):Table[Sum[a^b,{a,1,x}],{b,5}]

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求幂级数系数的通项公式

1、这里用到的是SeriesCoefficient,可翻译为——尽谮惋脑级数系数,它有可能给出函数展开为幂级数的系数的通项公式。例如,求正割函数的幂级剞麽苍足数系数的通项公式:SeriesCoefficient[1/Cos[x],{x,0,n}]

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2、有些幂级数的系数要用特殊函数来表示,如函数1/(x^2-3x+1)的幂级数系数要用到切比雪夫函数:SeriesCoefficient[1/(1-3x+x^2),{x,0,n}]

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3、Fibonacci数的生成函数是1/(1-t-t^闸拊福律2),这样就可以求出Fibonacc足毂忍珩i数的通项公式:SeriesCoefficient[1/(1-t-t^2),{t,0,n}]Fibonacci[n]关键是要知道生成函数是什么!

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4、绘制一个关于各种函数幂级数的表格:hanshuliebiao咯悝滩镞={Exp[x],Sin[x],Cos[x],1/(1+x),Log[1+x柯计瓤绘],ArcTan[x]};Grid[Join[{{f[x],Text["级数系数"]}},Transpose[{hanshuliebiao,Map[SeriesCoefficient[#,{x,0,n}]&,flist]}]],Background->{None,{{None,GrayLevel[.9]}},{{1,1}->Hue[.6,.4,1],{1,2}->Hue[.6,.4,1]}},BaseStyle->{FontFamily->Times,FontSize->12},Dividers->All,FrameStyle->Hue[.6,.4,.8],Spacings->{2,1}]//TraditionalForm

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