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数学
题目

(7) sum _(n=1)^infty dfrac (2n-1)({2)^n}(x)^2n-2;

题目解答

答案

最佳答案

解析

考查要点:本题主要考查幂级数的收敛域求解,涉及变量替换、比值法求收敛半径以及端点收敛性分析。

解题核心思路:

  1. 变量替换:将原级数中的$x^{2n-2}$替换为$y^{n-1}$,转化为关于$y$的幂级数,简化分析过程。
  2. 求收敛半径:利用比值法确定新级数的收敛半径,进而得到$y$的范围。
  3. 回代变量:将$y = x^2$代入,结合$x$的实际取值范围,确定原级数的收敛域。
  4. 端点检验:验证边界点$x = \pm \sqrt{2}$处的收敛性。

破题关键点:

  • 正确替换变量,将偶次幂转化为标准幂级数形式。
  • 准确应用比值法,注意极限化简中的主导项。
  • 结合变量替换后的约束条件($y = x^2 \geq 0$),排除无效区间。

变量替换与级数转化

令$y = x^2$,原级数变为:
$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{2n-1}{2^n} \cdot y^{n-1}$

求收敛半径

对新级数应用比值法:

  1. 通项分析:$a_n = \frac{2n-1}{2^n} \cdot y^{n-1}$
  2. 相邻项比值:
    $\lim_{n \to \infty} \left| \frac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \frac{2n+1}{2n-1} \cdot \frac{y}{2} = \frac{|y|}{2}$
  3. 收敛条件:$\frac{|y|}{2} < 1 \implies |y| < 2$,故收敛半径$R = 2$,收敛区间为$-2 < y < 2$。

端点检验

  • 当$y = 2$时:通项为$\frac{2n-1}{2^n} \cdot 2^{n-1} = \frac{2n-1}{2}$,显然发散。
  • 当$y = -2$时:通项为$\frac{2n-1}{2^n} \cdot (-2)^{n-1} = \frac{2n-1}{2} \cdot (-1)^{n-1}$,绝对值发散。

回代变量

由于$y = x^2 \geq 0$,有效区间为$0 \leq y < 2$,即$x^2 < 2$,对应$x \in (-\sqrt{2}, \sqrt{2})$。

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