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

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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:
- 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。
- 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。
- 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。
- 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:
- 通项分析:$a_n = \frac{2n-1}{2^n} \cdot y^{n-1}$
- 相邻项比值:
$\lim_{n \to \infty} \left| \frac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \frac{2n+1}{2n-1} \cdot \frac{y}{2} = \frac{|y|}{2}$ - 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$x \in (-\sqrt{2}, \sqrt{2})$。