题目
将函数(1)/(x)展开成x-3的幂级数,正确的为()A. sum_(n=0)^infty ((-1)^n+1)/(3^n+1) (x-3)^n, x in (0, 6)B. sum_(n=0)^infty ((-1)^n+1)/(3^n) (x-3)^n, x in (0, 6)C. sum_(n=0)^infty ((-1)^n)/(3^n) (x-3)^n, x in (0, 6)D. sum_(n=0)^infty ((-1)^n)/(3^n+1) (x-3)^n, x in (0, 6)
将函数$\frac{1}{x}$展开成$x-3$的幂级数,正确的为()
A. $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^{n+1}}{3^{n+1}} (x-3)^n$, $x \in (0, 6)$
B. $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^{n+1}}{3^n} (x-3)^n$, $x \in (0, 6)$
C. $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{3^n} (x-3)^n$, $x \in (0, 6)$
D. $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{3^{n+1}} (x-3)^n$, $x \in (0, 6)$
题目解答
答案
D. $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{3^{n+1}} (x-3)^n$, $x \in (0, 6)$
解析
本题考查函数展开成幂级数的知识,解题思路是先对函数进行变形,使其符合已知幂级数展开式的形式,再利用已知幂级数展开式进行展开,最后确定展开式的收敛区间。
- 对函数进行变形:
已知要将函数$\frac{1}{x}$展开成$x - 3$的幂级数,可将$\frac{1}{x}$变形为$\frac{1}{3+(x - 3)}$,进一步变形为$\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{1+\frac{x - 3}{3}}$。 - 利用已知幂级数展开式进行展开:
我们知道等比级数$\frac{1}{1 + t}=\sum_{n = 0}^{\infty}(-t)^n$,其收敛区间为$\vert t\vert\lt 1$。
令$t = \frac{x - 3}{3}$,则$\frac{1}{1+\frac{x - 3}{3}}=\sum_{n = 0}^{\infty}(-\frac{x - 3}{3})^n=\sum_{n = 0}^{\infty}\frac{(-1)^n}{3^n}(x - 3)^n$。
所以$\frac{1}{x}=\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{1+\frac{x - 3}{3}}=\frac{1}{3}\sum_{n = 0}^{\infty}\frac{(-1)^n}{3^n}(x - 3)^n=\sum_{n = 0}^{\infty}\frac{(-1)^n}{3^{n + 1}}(x - 3)^n$。 - 确定展开式的收敛区间:
因为$\frac{1}{1 + t}$展开式的收敛区间为$\vert t\vert\lt 1$,将$t = \frac{x - 3}{3}$代入可得$\vert\frac{x - 3}{3}\vert\lt 1$。
解不等式$\vert\frac{x - 3}{3}\vert\lt 1$:- 当$\frac{x - 3}{3}\geq0$时,$\frac{x - 3}{3}\lt 1$,即$x - 3\lt 3$,解得$x\lt 6$。
- 当$\frac{x - 3}{3}\lt0$时,$-\frac{x - 3}{3}\lt 1$,即$x - 3\gt - 3$,解得$x\gt 0$。
所以收敛区间为$x\in(0, 6)$。