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设为正整数,是微分方程满足条件的多项式解,定义在整个实数轴上。
  1. (1) 求;
  2. (2) 求级数的收敛域及和函数。

答案

第 1 问

第 2 问

收敛域为 ;和函数为

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第 1 问

在 上,原方程化为 。乘以积分因子 ,得 ,故 。由 ,得 。
题设要求 是定义在整个实数轴上的多项式解。多项式 在 上恒为零,因而在整个实数轴上恒为零。所以

该多项式在 时也满足原方程,且满足给定初值。

第 2 问

(1)求收敛域。由第一问,原级数为 。当 时,相邻项绝对值之比的极限为 ,故 时绝对收敛, 时发散; 时各项为零,也收敛。端点 时,通项绝对值均为 ,而

故两个端点都绝对收敛,收敛域为 。

(2)求和函数。先在 上利用 裂项。此时所拆出的两个级数均收敛,且 ;该展开在 时成立,在 时由交错级数收敛及阿贝尔定理延拓成立。因此

第二个和式令 ,减去的 项为 。当 时上述等式同样成立,和为零;当 时不能将两个发散的调和型级数相减,应使用前面的有限裂项求和,得到 。综上,

也可由阿贝尔定理和 求得端点和 。