数列与级数

幂级数(power series)

幂级数就像一个没有尽头的多项式:它不在 x^2 或 x^3 处停下,而是永远继续,用越来越高次的 x 的幂,每一项配上自己的系数。你可以把它想成一份配方,用无穷多个简单的多项式零件、一层叠一层地搭出一个函数。

它的形式是 sum c_n*x^n = c_0 + c_1*x + c_2*x^2 + c_3*x^3 + ...,其中 c_n 是固定的数。对给定的 x,这不过是一列数构成的无穷级数,于是我们要问它是否收敛。通常它在距中心某个距离 R 之内的所有 x 处收敛、在此之外发散;R 称为收敛半径。所以幂级数在一个区间上(常常是 (-R, R))定义了一个函数,端点需要单独检验。

幂级数之所以重要,是因为在它的收敛区间内,它的表现几乎和多项式一样——可以逐项求导和积分——却能表示远为丰富的函数。这正是计算器和电脑能算出 e^x 或 sin(x) 之类的原因:它们把一个幂级数的前若干项相加,加到所需的精度为止。

1/(1 - x) = 1 + x + x^2 + x^3 + ..., valid for |x| < 1

这其实就是公比 r = x 的几何级数,其收敛半径为 R = 1。

幂级数只在它的收敛半径之内等于它所表示的函数;在该区间之外级数发散,等式不再成立。

又称
幂级数冪級數