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Forum "Folgen und Reihen" - Konvergenzradius Potenzreihen
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Konvergenzradius Potenzreihen: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 12:19 Fr 14.12.2018
Autor: hase-hh

Aufgabe
Bestimmen Sie den Konvergenzradius folgender Reihe

f(x) = [mm] \summe_{n=1}^{\infty} (n+1)(-x)^n [/mm]  

in der Umgebung [mm] x_0 [/mm] = 0.

Moin Moin,

ich habe ein paar Fragen zu der Aufgabe im Zusammenhang mit dem Thema Potenzreihen. Die Musterlsung liegt mir vor (s.u.), aber ich verstehe nicht, wie ich da hinkomme.

Zunächst habe ich gefunden:

Wenn eine Potenzreihe der Form

f(x) = [mm] \summe_{n=0}^{\infty} a_n*(x-x_0)^n [/mm]

vorliegt, kann ich den Konvergenzradius zum Beispiel mithilfe des Quotientenkriteriums bestimmen.


Die gegebene Funktion f(x) = [mm] \summe_{n=1}^{\infty} (n+1)(-x)^n [/mm]  

wird zunächst leicht umgeformt zu  

f(x) = [mm] \summe_{n=1}^{\infty} (n+1)*(-1)^n*x^n [/mm]  


1. Frage

Ist diese Potenzreihe eine Taylorreihe?
Ist diese Potenzreihe ein Polynom?


2. Frage

Warum startet die Summe hier erst bei n= 1 und nicht bei n = 0 ? Und macht das überhaupt einen Unterschied?


***

Der Konvergenzradius mithilfe des Quotientenkriteriums wird berechnet mithilfe der Formel:


[mm] \limes_{n\rightarrow\infty} [/mm]  | [mm] \bruch{a_n}{a_{n+1}} [/mm] |


Jetzt wird [mm] a_n [/mm]  und [mm] a_{n+1} [/mm]  berechnet.

f(x) = [mm] \summe_{n=1}^{\infty} (n+1)*(-1)^n*x^n [/mm]

[mm] a_n [/mm] = [mm] (n+1)*(-1)^n [/mm]

[mm] a_{n+1} [/mm] = [mm] (n+1+1)*(-1)^{n+1} [/mm]


3. Frage

Warum werden hier die x-Potenzen bzw. das x nicht mitberücksichtigt, da ein Folgenglied doch mit dem Faktor [mm] x^n [/mm] gebildet wird???


***

[mm] \limes_{n\rightarrow\infty} [/mm]  | [mm] \bruch{(n+1)*(-1)^n}{(n+2)*(-1)^{n+1}} [/mm] |

[mm] \limes_{n\rightarrow\infty} [/mm]  | [mm] \bruch{(n+1)}{(n+2)*(-1)} [/mm] |

[mm] \limes_{n\rightarrow\infty} [/mm]  | [mm] \bruch{n*(1+\bruch{1}{n})}{n*(1+\bruch{2}{n})*(-1)} [/mm] |

[mm] \limes_{n\rightarrow\infty} [/mm]  | [mm] \bruch{(1+\bruch{1}{n})}{(1+\bruch{2}{n})*(-1)} [/mm] |  = | [mm] \bruch{1}{-1} [/mm] | = 1



Danke für eure Hilfe!!












        
Bezug
Konvergenzradius Potenzreihen: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 15:41 Fr 14.12.2018
Autor: leduart

Hallo
1. für die Konvergenz einer Summe sind die ersten paar tausend Glieder unwichtig, also ist es dafür egal ob man bei n=0, n=1 oder n=12345 anfängt.
3.. der Konvergenzradius gibt an für welche x die Potenzreihe [mm] \summe a_nx^n [/mm] konvergiert,
2.. Wenn du nur bis zu einem endlichen n summierst ist es ein Polynom.4. wenn es konvergiert kann es auch die Taylorreihe einer funktion sein, nämlich genau der die durch [mm] f(x)=\summe_{i=1}^{\infty} [/mm] definiert ist.
Gruß lesbart

Bezug
        
Bezug
Konvergenzradius Potenzreihen: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 21:53 Fr 14.12.2018
Autor: HJKweseleit


>
> 3. Frage
>  
> Warum werden hier die x-Potenzen bzw. das x nicht
> mitberücksichtigt, da ein Folgenglied doch mit dem Faktor
> [mm]x^n[/mm] gebildet wird???
>  

Du kennst sicherlich die geometrische Reihe

[mm] \summe_{i=1}^{\infty} a*p^n =\bruch{a}{1-p} [/mm] , falls |p|<1.

Dass diese Reihe für [mm] |p|\ge [/mm] 1 divergiert, ist trivial.

Nun betrachtest du die Reihe [mm] \summe_{i=1}^{\infty} a_n*x^n. [/mm]

Sie konvergiert, falls du eine Majorante geometrische Reihe mit |p|<1 findest, d.h. es gibt a und |p|<1 mit  [mm] |a_n*x^n|\le|ap^n|. [/mm] Dies ist äquivalent zu [mm] |\bruch{a_{n+1}x^{n+1}}{a_nx^n}|\le [/mm] p<1, und das heißt [mm] |x|<|\bruch{a_n}{a_{n+1}}|. [/mm]

Wie du siehst, kommen dabei das [mm] x^n [/mm] bzw. [mm] x^{n+1}vor, [/mm] kürzen sich aber zu x weg. An der letzten Gleichung erkennst du auch, was das Ganze mit dem Konvergenzradius zu tun hat: x muss kleiner als der angegebene Quotient sein, und wenn dies der Fall ist hast du Konvergenz.  



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