東京工業大学 工学院 システム制御系 2021年8月実施 問題1
Author
Miyake, 祭音Myyura
Description
公式問題・3ページ
x→0limsin2x−x2ex+e−x−x2−2 を計算する。
i2=−1 とし、次の積分を計算する。各円周は反時計回りに一周する。
- ∮Cz−πicosh(z/4)dz、ただし C:∣z−πi∣=1。
- ∮C(z+i)3e2zdz、ただし C:∣z∣=2。
実数 α,x に対して、(1) (1+x)α の Maclaurin 級数を求め、(2) α に応じてその級数が収束する x の範囲を分類する。
题目描述
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计算极限
x→0limsin2x−x2ex+e−x−x2−2.
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使用留数定理计算下列围道积分:
∮Cz−πicosh(z/4)dz,
其中 C:∣z−πi∣=1,沿逆时针方向一周。
2.
∮C(z+i)3e2zdz,
其中 C:∣z∣=2,沿逆时针方向一周。
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对实数 α,x,(1) 求 (1+x)α 的 Maclaurin 级数;(2) 根据 α 的取值,分类给出该级数收敛的 x 范围。
Kai
x→0 のとき、オーダー記法を使って、
exe−xsinx=1+x+21x2+61x3+241x4+O(x5)=1−x+21x2−61x3+241x4+O(x5)=x−61x3+O(x5)
なので、
ex+e−x−x2−2sin2x−x2=121x4+O(x5)=−31x4+O(x5)
であり、
x→0limsin2x−x2ex+e−x−x2−2=−41
を得る。
(1)
被積分関数の1位の極 z=πi における留数は、
z→πilim(z−πi)⋅z−πicosh4z=cosh4πi=cos4π=21
なので、留数定理より、
∮z−πicosh4zdz=2πi⋅21=2πi
がわかる。
(2)
被積分関数の3位の極 z=−i における留数は、
2!1z→−ilimdz2d2[(z+i)3(z+i)3e2z]=2e−2i
なので、留数定理より、
∮(z+i)3e2zdz=2πi⋅2e−2i=4πie−2i
がわかる。
(1)
n 階微分を x=0 で評価すると、
(1+x)α=n=0∑∞(nα)xn,(0α)=1,(nα)=n!α(α−1)⋯(α−n+1).
すなわち 1+αx+α(α−1)x2/2!+⋯ である。
(2)
α=0,1,2,… なら級数は多項式で打ち切られ、全ての実数 x で収束する。それ以外では係数の比の絶対値が 1 に近づくため、収束半径は 1 である。端点を含めた収束範囲は
αα∈{0,1,2,…}α>0, α∈/Z−1<α<0α≤−1収束する xR[−1,1](−1,1](−1,1)
実際、打ち切られない場合 ∣(nα)∣∼n−α−1/∣Γ(−α)∣。従って α>0 では両端で絶対収束する。−1<α<0 では x=1 で交代級数として条件収束し、x=−1 では正項級数が発散する。α≤−1 では両端とも一般項が 0 に収束しない。