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数学
题目

(单选题,3.3分)幂级数sum_(n=0)^infty((-1)^n)/(n+1)z^n+1在|z|A. ln(1+z)B. ln(1-z)C. ln(1)/(1+z)D. ln(1)/(1-z)

(单选题,3.3分)幂级数$\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(-1)^{n}}{n+1}z^{n+1}$在|z|<1内的和函数为()

A. ln(1+z)

B. ln(1-z)

C. ln$\frac{1}{1+z}$

D. ln$\frac{1}{1-z}$

题目解答

答案

A. ln(1+z)

解析

考查要点:本题主要考查幂级数求和的基本方法,特别是通过求导转化为几何级数,再积分求得原级数的和函数。

解题核心思路:

  1. 对和函数求导,将原级数转化为几何级数形式,利用已知的几何级数求和公式简化问题。
  2. 积分还原:通过对导数结果积分,结合初始条件确定积分常数,最终得到和函数。

破题关键点:

  • 识别几何级数结构:通过对原级数求导,得到几何级数$\sum (-z)^n$,其和为$\frac{1}{1+z}$。
  • 积分与初始条件:积分$\frac{1}{1+z}$后,通过代入$z=0$确定常数项为0。

设幂级数的和函数为$S(z) = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{n+1} z^{n+1}$。

步骤1:对$S(z)$求导

对$S(z)$关于$z$求导,得:
$S'(z) = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n z^n.$
该级数是首项为1、公比为$-z$的几何级数,其和为:
$S'(z) = \frac{1}{1 + z} \quad (|z| < 1).$

步骤2:积分求$S(z)$

对$S'(z)$积分:
$S(z) = \int \frac{1}{1 + z} \, dz = \ln|1 + z| + C.$
在$|z| < 1$内,$1 + z > 0$,故可省略绝对值符号,得:
$S(z) = \ln(1 + z) + C.$

步骤3:确定常数$C$

当$z = 0$时,原级数所有项均为0,故$S(0) = 0$。代入得:
$\ln(1 + 0) + C = 0 \implies C = 0.$
因此,和函数为:
$S(z) = \ln(1 + z).$

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