題目
Problem
7. Let f(x) be the function defined by the power series
∑n=0∞(n+3)!(x+2)2n.
Try to express f(x) as an elementary function. (10%)
解答
思路
展開
- 令 u=(x+2)2。冪級數寫為 f(x)=∑n=0∞(n+3)!un。
- 利用指數函數的級數展開:
eu=∑k=0∞k!uk=1+u+2u2+∑n=0∞(n+3)!un+3
- 整理得:
u3∑n=0∞(n+3)!un=eu−1−u−2u2
- 當 x=−2⟹u=0 時,除以 u3 即得結果。當 x=−2 時另外討論。
答題過程
展開
令 u=(x+2)2。
由指數級數展開:
eu=1+u+2u2+n=0∑∞(n+3)!un+3
⟹n=0∑∞(n+3)!un+3=eu−1−u−2u2
⟹u3n=0∑∞(n+3)!un=eu−1−u−2u2
- 當 x=−2 時, u=(x+2)2=0。我們可除以 u3:
f(x)=(x+2)6e(x+2)2−1−(x+2)2−2(x+2)4
- 當 x=−2 時, f(−2)=3!1=61。
結論:
f(x)=⎩⎨⎧(x+2)6e(x+2)2−1−(x+2)2−2(x+2)4,61,if x=−2if x=−2