一致收敛性是函数列或函数项级数的一种性质。一致收敛函数的判别方法有很多种,最常见的有Cauchy判别法、Abel判别法、Dirichlete判别法等。一致收敛函数具有连续性、可积性、可微性的特点。
定义
函数项级数的一致收敛性:设 是函数项级数 的部分和函数列,若 在数集D上一致收敛于函数 ,则称函数项级数 在D上一致收敛于函数 ,或称函数项级数 在D上一致收敛。
判别方法
函数项级数作为数项级数的推广,一致收敛性的判别法类似于数项级数,都有Cauchy判别法、Abel判别法、Dirichlete判别法等。另外,结合数项级数的比式判别法和根式判别法,可以得到函数项级数一致收敛性的比式判别法和根式判别法,同时利用p 级数的收敛性和优级数判别法还可得到函数项级数一致收敛性的
对数判别法。
在这些方法中,柯西准则判别法和
魏尔斯特拉斯判别法是较为实用和方便的一致收敛判别法,一般要首先考虑使用。如果能用魏尔斯特拉斯判别法判定 一致收敛,则 必定是绝对收敛,从而魏尔斯特拉斯判别法对条件收敛的函数项级数失效。
定义判别法
根据定义判别函数列是否一致收敛。
柯西准则判别法
函数项级数 在D上一致收敛的充分必要条件是对于任意给定的ε>0,存在正整数N=N(ε),使
| |<ε对一切正整数m>n>N与一切x∈D成立。
阿贝尔判别法
设(Ⅰ) 在区间I上一致收敛;
(Ⅱ)对于每一个 , 是单调的;
(Ⅲ) 在I上一致有界,即对一切 和正整数n,存在正整数M,使得
| |<=M,
则级数 在I上一致收敛。
狄利克雷判别法
设 (Ⅰ) 的部分和函数列 (n=1,2,3,…)在I上一致有界;
(Ⅱ)对于每一个 , 是单调的;
(Ⅲ)在I上 一致收敛于0( ),
则 级数 在I上一致收敛。
魏尔斯特拉斯判别法
设 为一个函数项级数,若存在一个收敛的正项级数 ,且存在 ,当n> , 时,有 ,则函数项级数 一致收敛。
比式判别法
设 为定义在数集D 上正的函数列,记 ,存在正整数N 及实数q、M, 使得:qn(x)≤ q < 1, ≤M 对任意的n > N ,x ∈ D 成立, 则函数项级数 在D 上一致收敛。
根式判别法
设 为定义在数集D 上的函数列,若存在正整数N,使得
对所有 n > N,x ∈ D 成立,则函数项级数 在D上一致收敛。
对数判别法
设 为定义在数集D 上正的函数列,若
存在,那么:
(1)若对 x ∈ D , p(x) > p > 1, 则函数项级数 在D 上一致收敛;
(2)若对 x ∈ D , p(x) < p < 1, 则函数项级数 在D 上不一致收敛。
性质
连续性
若函数列 的每一项 均在[ a, b] 上连续,且一致收敛于 , 则其极限函数S(x)也在[ a, b] 上连续。
可积性
设 在[ a, b] 上一致收敛于S(x), 每一个 都在[ a, b] 上连续, 那么
且函数列 在[ a, b] 上一致收敛于 。
可微性
若在[ a, b] 上,函数列 的每一项都有连续导数, 收敛于S(x), 一致收敛于σ(x), 则S′(x)=σ(x),即
一致收敛性与非一致收敛性
根据函数项级数的一致收敛性定义和定理,函数项级数的一致收敛性与非一致收敛性的区别:
推广
含参变量广义积分的一致收敛性:
若 ,当 时,对 一致收敛,则称对一致收敛。