函数列与函数项级数(一)

1.什么是函数列

虽然我们现在不知道函数列是什么,但是我们知道什么是数列。例如这个数列,而函数列就是用一个个函数来替换,例如,这就是一个函数列。

函数列的定义:设是一列定义在同一数集E(或区间E)上的函数,称为定义在E上的函数列。

函数列也可以简单地记作:,n=1,2,3,……或

2.函数列的收敛

一个数列中的数有时候是有限的,有时候是无限的。对于有限的数列不管数列里有多少元素,我们都能知道它是一个什么样子,而对于一个无限的数列要想了解它是一个什么样子就不容易了。这个时候人们就好奇一个无限的数列到最后会成为什么样子?有的人突发奇想一个无限的数列到最后会不会趋近于某一个数,这就是数列的收敛问题。

对于一个无限的数列如果到最后它趋近于某一个数,那么它就是收敛的,否则就是发散。

例如 这个数列随着n的不断变大会不断地趋近于0。

对于一个定义在数集E(或区间E)上的函数列 来说也会有同样的问题,而且相比于数列更加复杂,我们不仅要考虑n,还要考虑自变量x。

函数列收敛的定义:设是定义在E上的函数列,取E

若=,则在处收敛,为收敛点。

其中,为极限函数

若=不存在,则在处发散,为发散点。

若对于E都有=,那么在数集E上收敛,称为的极限函数。记作:

例如 函数列,

当﹣1<x<1时,=

当X=1时,=

当X≤﹣1或X>1时,不存在

所以,在上收敛。

3.函数列的一致收敛

我们首先给出一致收敛的定义:设函数列与函数定义在同一数集D上,若对任给的正数,总存在某一正整数N,使得当n>N时,对一切x∈D,都有

<ε

则称函数列在D上一致收敛于f,记作

考研数学一无穷级数高的多吗(考研数学函数项级数)(1)

这个定义也可以简单地表述为是否存在一个N使得,无论x等于多少,只要n>N都收敛于。

例2在(0,1)上是否一致收敛?

下图为中的部分图像

考研数学一无穷级数高的多吗(考研数学函数项级数)(2)

由这个图像我们可以知道

当n=1时,只有x趋近于0时函数才会趋近于0;

当n=2时,在x小于0.1之后才慢慢地接近于0;

当n=4时,在x小于0.3之后才慢慢地接近于0;

我们再结合下面这张图

考研数学一无穷级数高的多吗(考研数学函数项级数)(3)

我们可以知道在1的左侧,我们总是能够找到一个数使得,这个数的n次方不趋近于0。

所以, 在(0,1)上不一致收敛于0

在分析完之后,我们写一下解题过程。

解:取=,x=

对任意一个正整数N,当n>N 1时,有

所以, 在(0,1)上不一致收敛。

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