문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 급수 심화

멱급수와 수렴 반경

멱급수의 수렴 반경과 수렴 구간을 구하고, 함수를 멱급수로 나타낸다

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

97문제 · 5 / 5쪽

81.APEX · 8.6절 · 25번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–30에서 함수 f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n 이 주어져 있다.

(a) f ′(x)f\,'(x) 의 거듭제곱급수와 그 수렴 구간을 구하세요. (b) ∫f(x) dx\int f(x)\ dx 의 거듭제곱급수와 그 수렴 구간을 구하세요.

∑n=0∞nxn\displaystyle \sum_{n=0}^\infty nx^n

영어 원문 보기

In Exercises 25–30, a function f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n is given.

(a) Give a power series for f ′(x)f\,'(x) and its interval of convergence. (b) Give a power series for ∫f(x) dx\int f(x)\ dx and its interval of convergence.

∑n=0∞nxn\displaystyle \sum_{n=0}^\infty nx^n

정답·풀이 보기

(a) f ′(x)=∑n=1∞n2xn−1\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty n^2x^{n-1}; (−1,1)(-1,1) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞nn+1xn+1\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{n}{n+1}x^{n+1}; (−1,1)(-1,1)

원본 교재 풀이(영어)

(a) f ′(x)=∑n=1∞n2xn−1\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty n^2x^{n-1}; (−1,1)(-1,1) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞nn+1xn+1\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{n}{n+1}x^{n+1}; (−1,1)(-1,1)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.1절 · 53번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
82.APEX · 8.6절 · 26번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–30에서 함수 f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n 이 주어져 있다.

(a) f ′(x)f\,'(x) 의 거듭제곱급수와 그 수렴 구간을 구하세요. (b) ∫f(x) dx\int f(x)\ dx 의 거듭제곱급수와 그 수렴 구간을 구하세요.

∑n=1∞xnn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty \frac{x^n}{n}

영어 원문 보기

In Exercises 25–30, a function f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n is given.

(a) Give a power series for f ′(x)f\,'(x) and its interval of convergence. (b) Give a power series for ∫f(x) dx\int f(x)\ dx and its interval of convergence.

∑n=1∞xnn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty \frac{x^n}{n}

정답·풀이 보기

(a) f ′(x)=∑n=1∞xn−1\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty x^{n-1}; (−1,1)(-1,1) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=1∞1n(n+1)xn+1\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n(n+1)}x^{n+1}; [−1,1][-1,1]

원본 교재 풀이(영어)

(a) f ′(x)=∑n=1∞xn−1\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty x^{n-1}; (−1,1)(-1,1) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=1∞1n(n+1)xn+1\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n(n+1)}x^{n+1}; [−1,1][-1,1]

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 8.6절 · 3번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
83.APEX · 8.6절 · 27번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–30에서 함수 f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n 이 주어져 있다.

(a) f ′(x)f\,'(x) 의 거듭제곱급수와 그 수렴 구간을 구하세요. (b) ∫f(x) dx\int f(x)\ dx 의 거듭제곱급수와 그 수렴 구간을 구하세요.

∑n=0∞(x2)n\displaystyle \sum_{n=0}^\infty \left(\frac{x}{2}\right)^n

영어 원문 보기

In Exercises 25–30, a function f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n is given.

(a) Give a power series for f ′(x)f\,'(x) and its interval of convergence. (b) Give a power series for ∫f(x) dx\int f(x)\ dx and its interval of convergence.

∑n=0∞(x2)n\displaystyle \sum_{n=0}^\infty \left(\frac{x}{2}\right)^n

정답·풀이 보기

(a) f ′(x)=∑n=1∞n2nxn−1\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty \frac{n}{2^n}x^{n-1}; (−2,2)(-2,2) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞1(n+1)2nxn+1\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{1}{(n+1)2^n}x^{n+1}; [−2,2)[-2,2)

원본 교재 풀이(영어)

(a) f ′(x)=∑n=1∞n2nxn−1\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty \frac{n}{2^n}x^{n-1}; (−2,2)(-2,2) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞1(n+1)2nxn+1\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{1}{(n+1)2^n}x^{n+1}; [−2,2)[-2,2)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.5절 · 25번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
84.APEX · 8.6절 · 28번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–30에서 함수 f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n 이 주어져 있다.

(a) f ′(x)f\,'(x) 의 거듭제곱급수와 그 수렴 구간을 구하세요. (b) ∫f(x) dx\int f(x)\ dx 의 거듭제곱급수와 그 수렴 구간을 구하세요.

∑n=0∞(−3x)n\displaystyle \sum_{n=0}^\infty (-3x)^n

영어 원문 보기

In Exercises 25–30, a function f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n is given.

(a) Give a power series for f ′(x)f\,'(x) and its interval of convergence. (b) Give a power series for ∫f(x) dx\int f(x)\ dx and its interval of convergence.

∑n=0∞(−3x)n\displaystyle \sum_{n=0}^\infty (-3x)^n

정답·풀이 보기

(a) f ′(x)=∑n=1∞n(−3)nxn−1\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty n(-3)^nx^{n-1}; (−1/3,1/3)(-1/3,1/3) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞(−3)nn+1xn+1\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{(-3)^n}{n+1}x^{n+1}; (−1/3,1/3](-1/3,1/3]

원본 교재 풀이(영어)

(a) f ′(x)=∑n=1∞n(−3)nxn−1\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty n(-3)^nx^{n-1}; (−1/3,1/3)(-1/3,1/3) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞(−3)nn+1xn+1\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{(-3)^n}{n+1}x^{n+1}; (−1/3,1/3](-1/3,1/3]

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.1절 · 37번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
85.APEX · 8.6절 · 29번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–30에서 함수 f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n 이 주어져 있다.

(a) f ′(x)f\,'(x) 의 거듭제곱급수와 그 수렴구간을 구하세요. (b) ∫f(x) dx\int f(x)\ dx 의 거듭제곱급수와 그 수렴구간을 구하세요.

∑n=0∞(−1)nx2n(2n)!\displaystyle \sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^nx^{2n}}{(2n)!}

영어 원문 보기

In Exercises 25–30, a function f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n is given.

(a) Give a power series for f ′(x)f\,'(x) and its interval of convergence. (b) Give a power series for ∫f(x) dx\int f(x)\ dx and its interval of convergence.

∑n=0∞(−1)nx2n(2n)!\displaystyle \sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^nx^{2n}}{(2n)!}

정답·풀이 보기

(a) f ′(x)=∑n=1∞(−1)nx2n−1(2n−1)!=∑n=0∞(−1)n+1x2n+1(2n+1)!\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty \frac{(-1)^nx^{2n-1}}{(2n-1)!} =\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^{n+1}x^{2n+1}}{(2n+1)!}; (−∞,∞)(-\infty,\infty) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞(−1)nx2n+1(2n+1)!\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^nx^{2n+1}}{(2n+1)!}; (−∞,∞)(-\infty,\infty)

원본 교재 풀이(영어)

(a) f ′(x)=∑n=1∞(−1)nx2n−1(2n−1)!=∑n=0∞(−1)n+1x2n+1(2n+1)!\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty \frac{(-1)^nx^{2n-1}}{(2n-1)!} =\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^{n+1}x^{2n+1}}{(2n+1)!}; (−∞,∞)(-\infty,\infty) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞(−1)nx2n+1(2n+1)!\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^nx^{2n+1}}{(2n+1)!}; (−∞,∞)(-\infty,\infty)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.5절 · 22번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
86.APEX · 8.6절 · 30번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–30에서 함수 f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n 이 주어져 있다.

(a) f ′(x)f\,'(x) 의 거듭제곱급수와 그 수렴구간을 구하세요. (b) ∫f(x) dx\int f(x)\ dx 의 거듭제곱급수와 그 수렴구간을 구하세요.

∑n=0∞(−1)nxnn!\displaystyle \sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^nx^{n}}{n!}

영어 원문 보기

In Exercises 25–30, a function f(x)=∑n=0∞anxn\displaystyle f(x) = \sum_{n=0}^\infty a_nx^n is given.

(a) Give a power series for f ′(x)f\,'(x) and its interval of convergence. (b) Give a power series for ∫f(x) dx\int f(x)\ dx and its interval of convergence.

∑n=0∞(−1)nxnn!\displaystyle \sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^nx^{n}}{n!}

정답·풀이 보기

(a) f ′(x)=∑n=1∞(−1)nxn−1(n−1)!=∑n=0∞(−1)n+1xnn!\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty \frac{(-1)^nx^{n-1}}{(n-1)!} =\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^{n+1}x^{n}}{n!}; (−∞,∞)(-\infty,\infty) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞(−1)nxn+1(n+1)!\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^{n}x^{n+1}}{(n+1)!}; (−∞,∞)(-\infty,\infty)

원본 교재 풀이(영어)

(a) f ′(x)=∑n=1∞(−1)nxn−1(n−1)!=∑n=0∞(−1)n+1xnn!\displaystyle f\,'(x) = \sum_{n=1}^\infty \frac{(-1)^nx^{n-1}}{(n-1)!} =\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^{n+1}x^{n}}{n!}; (−∞,∞)(-\infty,\infty) (b) ∫f(x) dx=C+∑n=0∞(−1)nxn+1(n+1)!\displaystyle \int f(x)\ dx = C+\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^{n}x^{n+1}}{(n+1)!}; (−∞,∞)(-\infty,\infty)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.1절 · 43번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
87.APEX · 8.6절 · 31번대학 수준우리말 번역

연습문제 31–36에서 주어진 미분방정식의 해인 급수의 처음 5개 항을 구하세요.

y ′=3yy\,'=3y, y(0)=1y(0)=1

영어 원문 보기

In Exercises 31–36, give the first 5 terms of the series that is a solution to the given differential equation.

y ′=3yy\,'=3y, y(0)=1y(0)=1

정답·풀이 보기

1+3x+92x2+92x3+278x41+3x+\frac92x^2+\frac92x^3+\frac{27}{8}x^4

원본 교재 풀이(영어)

1+3x+92x2+92x3+278x41+3x+\frac92x^2+\frac92x^3+\frac{27}{8}x^4

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.5절 · 20번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
88.APEX · 8.6절 · 32번대학 수준우리말 번역

연습문제 31–36에서 주어진 미분방정식의 해인 급수의 처음 5개 항을 구하세요.

y ′=5yy\,'=5y, y(0)=5y(0)=5

영어 원문 보기

In Exercises 31–36, give the first 5 terms of the series that is a solution to the given differential equation.

y ′=5yy\,'=5y, y(0)=5y(0)=5

정답·풀이 보기

5+25x+1252x2+6256x3+312524x45+25x+\frac{125}2x^2+\frac{625}{6}x^3+\frac{3125}{24}x^4

원본 교재 풀이(영어)

5+25x+1252x2+6256x3+312524x45+25x+\frac{125}2x^2+\frac{625}{6}x^3+\frac{3125}{24}x^4

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.1절 · 33번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
89.APEX · 8.6절 · 33번대학 수준우리말 번역

연습문제 31–36에서 주어진 미분방정식의 해인 급수의 처음 5개 항을 구하세요.

y ′=y2y\,'=y^2, y(0)=1y(0)=1

영어 원문 보기

In Exercises 31–36, give the first 5 terms of the series that is a solution to the given differential equation.

y ′=y2y\,'=y^2, y(0)=1y(0)=1

정답·풀이 보기

1+x+x2+x3+x41+x+x^2+x^3+x^4

원본 교재 풀이(영어)

1+x+x2+x3+x41+x+x^2+x^3+x^4

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.1절 · 57번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
90.APEX · 8.6절 · 34번대학 수준우리말 번역

연습문제 31–36에서, 주어진 미분방정식의 해인 급수의 처음 5개 항을 구하세요.

y ′=y+1y\,'=y+1, y(0)=1y(0)=1

영어 원문 보기

In Exercises 31–36, give the first 5 terms of the series that is a solution to the given differential equation.

y ′=y+1y\,'=y+1, y(0)=1y(0)=1

정답·풀이 보기

1+2x+x2+13x3+112x41+2x+x^2+\frac13{x^3}+\frac1{12}{x^4}

원본 교재 풀이(영어)

1+2x+x2+13x3+112x41+2x+x^2+\frac13{x^3}+\frac1{12}{x^4}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.1절 · 5번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
91.APEX · 8.6절 · 35번대학 수준우리말 번역

연습문제 31–36에서, 주어진 미분방정식의 해인 급수의 처음 5개 항을 구하세요.

y ′′=−yy\,''=-y, y(0)=0y(0)=0, y ′(0)=1y\,'(0) = 1

영어 원문 보기

In Exercises 31–36, give the first 5 terms of the series that is a solution to the given differential equation.

y ′′=−yy\,''=-y, y(0)=0y(0)=0, y ′(0)=1y\,'(0) = 1

정답·풀이 보기

0+x+0x2−16x3+0x40+x+0x^2-\frac16x^3+0x^4

원본 교재 풀이(영어)

0+x+0x2−16x3+0x40+x+0x^2-\frac16x^3+0x^4

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.1절 · 13번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
92.APEX · 8.6절 · 36번대학 수준우리말 번역

연습문제 31–36에서, 주어진 미분방정식의 해인 급수의 처음 5개 항을 구하세요.

y ′′=2yy\,''=2y, y(0)=1y(0)=1, y ′(0)=1y\,'(0) = 1

영어 원문 보기

In Exercises 31–36, give the first 5 terms of the series that is a solution to the given differential equation.

y ′′=2yy\,''=2y, y(0)=1y(0)=1, y ′(0)=1y\,'(0) = 1

정답·풀이 보기

1+x+x2+13x3+16x41+x+x^2+\frac13x^3+\frac16x^4

원본 교재 풀이(영어)

1+x+x2+13x3+16x41+x+x^2+\frac13x^3+\frac16x^4

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.5절 · 25번
# 멱급수와 수렴 반경계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
93.CLP-2 · 3.5절 · 3번대학 수준우리말 번역

어떤 양의 상수 aa, cc 와 어떤 상수 수열 {An}\{A_n\} 에 대하여 f(x)=∑n=a∞An(x−c)nf(x)=\displaystyle \sum_{n=a}^\infty A_n(x-c)^n 이라 하자. xx 가 어떤 값일 때 f(x)f(x) 가 반드시 수렴하는지 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=∑n=a∞An(x−c)nf(x)=\displaystyle \sum_{n=a}^\infty A_n(x-c)^n for some positive constants aa and cc, and some sequence of constants {An}\{A_n\}. For which values of xx does f(x)f(x) definitely converge?

정답·풀이 보기

x=cx=c 이면

f(x)=Aa(c−c)a+Aa+1(c−c)a+1+Aa+2(c−c)a+2+⋯=Aa⋅0+Aa+1⋅0+Aa+2⋅0+⋯=0\begin{aligned} f(x)&=A_a(c-c)^a+A_{a+1}(c-c)^{a+1}+A_{a+2}(c-c)^{a+2}+\cdots\\ &=A_a \cdot 0+A_{a+1}\cdot 0+A_{a+2}\cdot 0+\cdots\\ &=0 \end{aligned}

이다. 따라서 x=cx=c 일 때 f(x)f(x) 는 (상수 0 으로) 수렴한다. (a=0a=0 을 허용했다면 00=10^0=1 로 약속하므로 f(x)f(x) 가 0 이 아닌 수 A0A_0 으로 수렴할 수도 있다.)

수열 {An}\{A_n\} 에 따라서는 x≠cx \neq c 인 모든 xx 에 대해 f(x)f(x) 가 발산할 수도 있다. 예를 들어 An=n!A_n=n! 이라 하면 f(x)=∑n=0∞n!(x−c)nf(x)=\displaystyle\sum_{n=0}^\infty n!(x-c)^n 이다. x≠cx \neq c 이면 극한 lim⁡n→∞∣(n+1)!(x−c)n+1n!(x−c)n∣=lim⁡n→∞(n+1)∣x−c∣\displaystyle\lim_{n\to\infty} \left|\frac{(n+1)!(x-c)^{n+1}}{n!(x-c)^n}\right|=\lim_{n\to\infty}(n+1)|x-c| 는 x−c≠0x-c\neq 0 이므로 무한대이다. 따라서 이 급수는 발산한다.

지금까지 이 급수가 x=cx=c 에서는 반드시 수렴하지만, 다른 점에서는 수렴하지 않을 수 있음을 보였다.

원본 교재 풀이(영어)

If x=cx=c, then

f(x)=Aa(c−c)a+Aa+1(c−c)a+1+Aa+2(c−c)a+2+⋯=Aa⋅0+Aa+1⋅0+Aa+2⋅0+⋯=0\begin{aligned} f(x)&=A_a(c-c)^a+A_{a+1}(c-c)^{a+1}+A_{a+2}(c-c)^{a+2}+\cdots\\ &=A_a \cdot 0+A_{a+1}\cdot 0+A_{a+2}\cdot 0+\cdots\\ &=0 \end{aligned}

So, f(x)f(x) converges (to the constant 0) when x=cx=c. (Had we allowed a=0a=0, it would be possible for f(x)f(x) to converge to a nonzero number A0A_0, because we use the convention 00=10^0=1.)

Depending on the sequence {An}\{A_n\}, it's possible that f(x)f(x) diverges for all x≠cx \neq c. For example, suppose An=n!A_n=n!, so f(x)=∑n=0∞n!(x−c)nf(x)=\displaystyle\sum_{n=0}^\infty n!(x-c)^n. If x≠cx \neq c, then the limit lim⁡n→∞∣(n+1)!(x−c)n+1n!(x−c)n∣=lim⁡n→∞(n+1)∣x−c∣\displaystyle\lim_{n\to\infty} \left|\frac{(n+1)!(x-c)^{n+1}}{n!(x-c)^n}\right|=\lim_{n\to\infty}(n+1)|x-c| is infinity, since x−c≠0x-c\neq 0. So, the series diverges.

We've now shown that the series definitely converges at x=cx=c, but at any other point, it may fail to converge.

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# 멱급수와 수렴 반경계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
94.CLP-2 · 3.5절 · 16번대학 수준우리말 번역

x31−x\dfrac{x^3}{1-x} 의 거듭제곱급수 표현을 구하세요.

영어 원문 보기

Find a power series representation for x31−x\dfrac{x^3}{1-x}.

정답·풀이 보기

등비급수 ∑n=0∞xn=11−x\sum\limits_{n=0}^\infty x^n = \frac{1}{1-x} 을 이용하면

x31−x=x3∑n=0∞xn=∑n=0∞xn+3=∑n=3∞xn\begin{aligned} \frac{x^3}{1-x} =x^3 \sum_{n=0}^\infty x^n =\sum_{n=0}^\infty x^{n+3} =\sum_{n=3}^\infty x^{n} \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

Using the geometric series ∑n=0∞xn=11−x\sum\limits_{n=0}^\infty x^n = \frac{1}{1-x},

x31−x=x3∑n=0∞xn=∑n=0∞xn+3=∑n=3∞xn\begin{aligned} \frac{x^3}{1-x} =x^3 \sum_{n=0}^\infty x^n =\sum_{n=0}^\infty x^{n+3} =\sum_{n=3}^\infty x^{n} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.5절 · 17번
# 멱급수와 수렴 반경계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
95.CLP-2 · 3.5절 · 17번대학 수준우리말 번역

f′(x)=∑n=0∞(x−1)nn+2f'(x)=\displaystyle\sum_{n=0}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n+2} 이고, ∫5xf(t)dt=3x+∑n=1∞(x−1)n+1n(n+1)2\displaystyle \int_5^x f(t)\mathrm{d}t=3x+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n+1}}{n(n+1)^2} 이라고 하자.

f(x)f(x) 의 거듭제곱급수 표현을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose f′(x)=∑n=0∞(x−1)nn+2f'(x)=\displaystyle\sum_{n=0}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n+2}, and ∫5xf(t)dt=3x+∑n=1∞(x−1)n+1n(n+1)2\displaystyle \int_5^x f(t)\mathrm{d}t=3x+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n+1}}{n(n+1)^2}.

Give a power series representation of f(x)f(x).

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 적분한 함수를 미분하거나, 도함수를 부정적분하여 구할 수 있다. 후자의 경우에는 임의의 적분상수를 구해야 하지만, 전자의 경우에는 그럴 필요가 없다. (서로 다른 많은 함수가 같은 도함수를 가질 수 있지만, 하나의 함수는 도함수를 하나만 가진다는 점을 기억하자.) 임의의 상수를 구해야 하는 번거로움을 피하기 위해, f′(x)f'(x) 에 대해 주어진 식은 무시할 수 있으며, 그러면 문제가 훨씬 간단해진다. 이것이 풀이 1에서 사용한 방법이다.

  • 풀이 1 미적분학의 기본정리 제1부분을 이용하면:

ddx{∫5xf(t)dt}=f(x)따라서,f(x)=ddx{3x+∑n=0∞(x−1)n+1n(n+1)2}=3+∑n=1∞(n+1)(x−1)nn(n+1)2=3+∑n=1∞(x−1)nn(n+1)\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{\int_5^x f(t)\mathrm{d}t \right\}&=f(x)\\ \text{따라서,}\qquad f(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{3x+\displaystyle\sum_{n=0}^\infty \frac{(x-1)^{n+1}}{n(n+1)^2} \right\}\\ &=3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(n+1)(x-1)^{n}}{n(n+1)^2}\\ &=3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n(n+1)} \end{aligned}

  • 풀이 2 대신 f′(x)f'(x) 를 사용했다고 하자. 부정적분하여 구하면 다음과 같다:

f(x)=∫(∑n=0∞(x−1)nn+2)dx=(∑n=0∞(x−1)n+1(n+1)(n+2))+C=(∑n=1∞(x−1)nn(n+1))+C\begin{aligned} f(x)&=\int \left( \sum_{n=0}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n+2} \right)\mathrm{d}x\\ &=\left(\sum_{n=0}^\infty \frac{(x-1)^{n+1}}{(n+1)(n+2)}\right)+C\\ &=\left(\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n(n+1)}\right)+C \end{aligned}

f(1)=0+Cf(1)=0+C 임에 주목하자. 따라서 CC 를 구하려면 f(1)f(1) 을 구해야 한다. 이 정보는 f′(x)f'(x) 로부터 얻을 수 없으므로, ∫5xf(t)dt\int_5^x f(t)\mathrm{d}t 에 대해 주어진 식을 이용하는 수밖에 없다. 미적분학의 기본정리 제1부분을 이용하면:

f(1)=ddx{∫5xf(t)dt}∣x=1=ddx{3x+∑n=1∞(x−1)n+1n(n+1)2}∣x=1=[3+∑n=1∞(n+1)(x−1)nn(n+1)2]x=1=[3+∑n=1∞(x−1)nn(n+1)]x=1=3+∑n=1∞0nn(n+1)=3\begin{aligned} f(1)&=\left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\int_5^x f(t)\mathrm{d}t \right\}\right|_{x=1}\\ &=\left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ 3x+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n+1}}{n(n+1)^2} \right\}\right|_{x=1}\\ &=\left[ 3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(n+1)(x-1)^{n}}{n(n+1)^2} \right]_{x=1}\\ &=\left[ 3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n(n+1)} \right]_{x=1}\\ &= 3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{0^{n}}{n(n+1)}\\ &=3 \end{aligned}

따라서 f(x)=3+∑n=1∞(x−1)nn(n+1)f(x)=3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n(n+1)} 이다.

풀이 2에서는 풀이 1과 같은 계산을 하고, 그 이상의 계산까지 했음에 주목하자.

원본 교재 풀이(영어)

We can find f(x)f(x) by differentiating its integral, or antidifferentiating its derivative. In the latter case, we'll have to solve for the arbitrary constant of integration; in the former case, we do not. (Remember that many different functions have the same derivative, but a single function has only one derivative.) To avoid the necessity of finding the arbitrary constant, we can ignore the given equation for f′(x)f'(x), which makes the problem much simpler. This is the method used in Solution 1.

  • Solution 1 Using the Fundamental Theorem of Calculus Part 1:

ddx{∫5xf(t)dt}=f(x)So,f(x)=ddx{3x+∑n=0∞(x−1)n+1n(n+1)2}=3+∑n=1∞(n+1)(x−1)nn(n+1)2=3+∑n=1∞(x−1)nn(n+1)\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{\int_5^x f(t)\mathrm{d}t \right\}&=f(x)\\ \text{So,}\qquad f(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{3x+\displaystyle\sum_{n=0}^\infty \frac{(x-1)^{n+1}}{n(n+1)^2} \right\}\\ &=3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(n+1)(x-1)^{n}}{n(n+1)^2}\\ &=3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n(n+1)} \end{aligned}

  • Solution 2 Suppose we had used f′(x)f'(x) instead. We would antidifferentiate to find:

f(x)=∫(∑n=0∞(x−1)nn+2)dx=(∑n=0∞(x−1)n+1(n+1)(n+2))+C=(∑n=1∞(x−1)nn(n+1))+C\begin{aligned} f(x)&=\int \left( \sum_{n=0}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n+2} \right)\mathrm{d}x\\ &=\left(\sum_{n=0}^\infty \frac{(x-1)^{n+1}}{(n+1)(n+2)}\right)+C\\ &=\left(\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n(n+1)}\right)+C \end{aligned}

Notice f(1)=0+Cf(1)=0+C. So, to find CC, we must find f(1)f(1). We can't get that information from f′(x)f'(x), so our only option is to consider the given formula for ∫5xf(t)dt\int_5^x f(t)\mathrm{d}t. Using the Fundamental Theorem of Calculus Part 1:

f(1)=ddx{∫5xf(t)dt}∣x=1=ddx{3x+∑n=1∞(x−1)n+1n(n+1)2}∣x=1=[3+∑n=1∞(n+1)(x−1)nn(n+1)2]x=1=[3+∑n=1∞(x−1)nn(n+1)]x=1=3+∑n=1∞0nn(n+1)=3\begin{aligned} f(1)&=\left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\int_5^x f(t)\mathrm{d}t \right\}\right|_{x=1}\\ &=\left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ 3x+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n+1}}{n(n+1)^2} \right\}\right|_{x=1}\\ &=\left[ 3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(n+1)(x-1)^{n}}{n(n+1)^2} \right]_{x=1}\\ &=\left[ 3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n(n+1)} \right]_{x=1}\\ &= 3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{0^{n}}{n(n+1)}\\ &=3 \end{aligned}

So, f(x)=3+∑n=1∞(x−1)nn(n+1)f(x)=3+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{(x-1)^{n}}{n(n+1)}.

Note that in Solution 2, we did the same calculation as Solution 1, and more.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.5절 · 25번
# 멱급수와 수렴 반경계산보통자동 분류
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96.CLP-2 · 3.5절 · 18번대학 수준우리말 번역

다음 급수

∑n=2∞xn32nlog⁡n\sum_{n=2}^\infty\frac{x^n}{3^{2n}\log n}

이 절대수렴하는지, 조건수렴하는지, 발산하는지에 따라 xx 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Determine the values of xx for which the series

∑n=2∞xn32nlog⁡n\sum_{n=2}^\infty\frac{x^n}{3^{2n}\log n}

converges absolutely, converges conditionally, or diverges.

정답·풀이 보기

비판정법을 두 번 적용하는 것으로 시작한다.

  • 한 번은 nthn^{\rm th} 항이 an=xn32nlog⁡na_n=\frac{x^n}{3^{2n}\log n} 인 급수에 적용하고,
  • 한 번은 nthn^{\rm th} 항이 an=∣xn32nlog⁡n∣a_n=\big|\frac{x^n}{3^{2n}\log n}\big| 인 급수에 적용한다.

두 급수 모두, 즉 두 ana_n 모두에 대해

lim⁡n→∞∣an+1an∣=lim⁡n→∞∣xn+132(n+1)log⁡(n+1) 32nlog⁡nxn∣=lim⁡n→∞∣xlog⁡n32log⁡(n+1)∣=lim⁡n→∞∣xlog⁡n32[log⁡(n)+log⁡(1+1/n)]∣=lim⁡n→∞∣x32[1+log⁡(1+1/n)/log⁡(n)]∣=∣x∣9\begin{aligned} \lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{ a_{n+1} }{ a_n } \bigg| &= \lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{x^{n+1}}{3^{2(n+1)}\log(n+1)} \ \frac{3^{2n}\log n}{x^n} \bigg| \\ &= \lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{x\log n}{3^2\log(n+1)} \bigg| =\lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{x\log n}{3^2[\log(n)+\log(1+1/n)]} \bigg| \\ &=\lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{x}{3^2[1+\log(1+1/n)/\log(n)]} \bigg| \\ &=\frac{|x|}{9} \end{aligned}

이다. 따라서 비판정법에 의해 ∣x∣<9|x|<9 일 때 급수 ∑n=2∞∣xn32nlog⁡n∣\sum_{n=2}^\infty \big|\frac{x^n}{3^{2n}\log n}\big| 는 수렴하고 급수 ∑n=2∞xn32nlog⁡n\sum_{n=2}^\infty \frac{x^n}{3^{2n}\log n} 는 절대수렴하며, ∣x∣>9|x|> 9 일 때 급수 ∑n=2∞xn32nlog⁡n\sum_{n=2}^\infty \frac{x^n}{3^{2n}\log n} 는 발산한다. 이제 x=±9x=\pm 9 만 남는다.

x=−9x=-9 일 때 ∑n=2∞xn32nlog⁡n=∑n=2∞(−1)nlog⁡n\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\frac{x^n}{3^{2n}\log n} =\sum_{n=2}^\infty\frac{(-1)^n}{\log n} 이고, 이 급수는 교대급수 판정법에 의해 수렴한다.

x=+9x=+9 일 때 ∑n=2∞xn32nlog⁡n=∑n=2∞1log⁡n\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\frac{x^n}{3^{2n}\log n} =\sum_{n=2}^\infty\frac{1}{\log n} 이고, 이는 ∑n=2∞∣(−1)nlog⁡n∣\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\Big|\frac{(-1)^n}{\log n}\Big| 과 같은 급수이다. 곧 n≥log⁡nn\ge\log n 임을 보일 것이며, 따라서 모든 n≥1n\ge 1 에 대해 1log⁡n≥1n\frac{1}{\log n}\ge \frac{1}{n} 이다. 이로부터 급수 ∑n=2∞1log⁡n\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\frac{1}{\log n} 은 발산하는 급수 ∑n=2∞1np∣p=1\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\frac{1}{n^p}\bigg|_{p=1} 과의 비교에 의해 발산한다. 이로써 x=9x=9 일 때의 발산과 x=−9x=-9 일 때 절대수렴하지 않음이 모두 얻어진다.

마지막으로, 모든 n≥1n\ge 1 에 대해 n−log⁡n>0n-\log n > 0 임을 보인다. f(x)=x−log⁡xf(x)=x-\log x 라 하자. 그러면 f(1)=1>0f(1)=1>0 이고

f′(x)=1−1x≥0모든 x≥1f'(x) = 1 -\frac{1}{x} \ge 0\qquad\text{모든 }x\ge 1

이다. 따라서 f(x)f(x) 는 x=1x=1 일 때 (엄밀하게) 양수이고, 모든 x≥1x\ge 1 에 대해 증가한다. 그러므로 f(x)f(x) 는 모든 x≥1x\ge 1 에 대해 (엄밀하게) 양수이다.

원본 교재 풀이(영어)

We'll start by applying the ratio test twice,

  • once for the series whose nthn^{\rm th} term is an=xn32nlog⁡na_n=\frac{x^n}{3^{2n}\log n}, and
  • once for the series whose nthn^{\rm th} term is an=∣xn32nlog⁡n∣a_n=\big|\frac{x^n}{3^{2n}\log n}\big|.

For both series, i.e. for both ana_n's,

lim⁡n→∞∣an+1an∣=lim⁡n→∞∣xn+132(n+1)log⁡(n+1) 32nlog⁡nxn∣=lim⁡n→∞∣xlog⁡n32log⁡(n+1)∣=lim⁡n→∞∣xlog⁡n32[log⁡(n)+log⁡(1+1/n)]∣=lim⁡n→∞∣x32[1+log⁡(1+1/n)/log⁡(n)]∣=∣x∣9\begin{aligned} \lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{ a_{n+1} }{ a_n } \bigg| &= \lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{x^{n+1}}{3^{2(n+1)}\log(n+1)} \ \frac{3^{2n}\log n}{x^n} \bigg| \\ &= \lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{x\log n}{3^2\log(n+1)} \bigg| =\lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{x\log n}{3^2[\log(n)+\log(1+1/n)]} \bigg| \\ &=\lim_{n\to\infty} \bigg| \frac{x}{3^2[1+\log(1+1/n)/\log(n)]} \bigg| \\ &=\frac{|x|}{9} \end{aligned}

Therefore, by the ratio test, when ∣x∣<9|x|<9, the series ∑n=2∞∣xn32nlog⁡n∣\sum_{n=2}^\infty \big|\frac{x^n}{3^{2n}\log n}\big| converges and the series ∑n=2∞xn32nlog⁡n\sum_{n=2}^\infty \frac{x^n}{3^{2n}\log n} converges absolutely, and when ∣x∣>9|x|> 9 the series ∑n=2∞xn32nlog⁡n\sum_{n=2}^\infty \frac{x^n}{3^{2n}\log n} diverges. That just leaves x=±9x=\pm 9.

For x=−9x=-9, ∑n=2∞xn32nlog⁡n=∑n=2∞(−1)nlog⁡n\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\frac{x^n}{3^{2n}\log n} =\sum_{n=2}^\infty\frac{(-1)^n}{\log n} which converges by the alternating series test.

For x=+9x=+9, ∑n=2∞xn32nlog⁡n=∑n=2∞1log⁡n\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\frac{x^n}{3^{2n}\log n} =\sum_{n=2}^\infty\frac{1}{\log n} which is the same series as ∑n=2∞∣(−1)nlog⁡n∣\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\Big|\frac{(-1)^n}{\log n}\Big|. We shall shortly show that n≥log⁡nn\ge\log n, and hence 1log⁡n≥1n\frac{1}{\log n}\ge \frac{1}{n} for all n≥1n\ge 1. This implies that the series ∑n=2∞1log⁡n\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\frac{1}{\log n} diverges by comparison with the divergent series ∑n=2∞1np∣p=1\displaystyle\sum_{n=2}^\infty\frac{1}{n^p}\bigg|_{p=1}. This yelds both divergence for x=9x=9 and also the failure of absolute convergence for x=−9x=-9.

Finally, we show that n−log⁡n>0n-\log n > 0, for all n≥1n\ge 1. Set f(x)=x−log⁡xf(x)=x-\log x. Then f(1)=1>0f(1)=1>0 and

f′(x)=1−1x≥0for all x≥1f'(x) = 1 -\frac{1}{x} \ge 0\qquad\text{for all }x\ge 1

So f(x)f(x) is (strictly) positive when x=1x=1 and is increasing for all x≥1x\ge 1. So f(x)f(x) is (strictly) positive for all x≥1x\ge 1.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.5절 · 20번
# 멱급수와 수렴 반경계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
97.CLP-2 · 3.5절 · 25번대학 수준우리말 번역

∑n=3∞n5n−1\displaystyle \sum_{n=3}^\infty \frac{n}{5^{n-1}} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∑n=3∞n5n−1\displaystyle \sum_{n=3}^\infty \frac{n}{5^{n-1}}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

∑n=3∞n5n−1\displaystyle \sum_{n=3}^\infty \frac{n}{5^{n-1}} 은 f(x)=∑n=3∞n⋅xn−1f(x)=\displaystyle \sum_{n=3}^\infty n\cdot x^{n-1} 에 x=15x=\dfrac15 을 대입한 값임을 알 수 있다. 먼저 f(x)f(x) 를 (거듭제곱급수 꼴이 아닌) 식의 꼴로 나타내야 한다. 이것은 등비급수 ∑xn\displaystyle\sum x^n 의 도함수와 비슷하게 생겼음에 주목하자.

11−x=∑n=0∞xn∣x∣<1 일 때ddx{11−x}=ddx{∑n=0∞xn}1(1−x)2=∑n=1∞nxn−1=1x0+2x1+∑n=3∞nxn−1=1+2x+∑n=3∞nxn−1따라서,1(1−x)2−1−2x=∑n=3∞nxn−1x=15 을 대입하면:1(1−1/5)2−1−25=∑n=3∞n(15)n−1(54)2−1−25=∑n=3∞n5n−1\begin{aligned} \frac{1}{1-x}&=\sum_{n=0}^\infty x^n \qquad \text{$|x|<1$ 일 때}\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{1}{1-x}\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sum_{n=0}^\infty x^n\right\}\\ \frac{1}{(1-x)^2}&=\sum_{n=1}^\infty nx^{n-1}\\ &= 1x^0 + 2x^1+\sum_{n=3}^\infty nx^{n-1}\\ &= 1 + 2x+\sum_{n=3}^\infty nx^{n-1}\\ \text{따라서,}\qquad \frac{1}{(1-x)^2}-1-2x&=\sum_{n=3}^\infty nx^{n-1}\\ \text{$x=\dfrac15$ 을 대입하면:}\qquad \frac{1}{(1-1/5)^2}-1-\frac25&=\sum_{n=3}^\infty n\left(\frac15\right)^{n-1}\\ \left(\frac{5}{4} \right)^2-1-\frac25&=\sum_{n=3}^\infty \frac{n}{5^{n-1}}\\ \end{aligned}

따라서 주어진 급수의 값은 2516−1−25=1380\displaystyle\frac{25}{16}-1-\frac{2}{5}=\frac{13}{80} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

We recognize ∑n=3∞n5n−1\displaystyle \sum_{n=3}^\infty \frac{n}{5^{n-1}} as f(x)=∑n=3∞n⋅xn−1f(x)=\displaystyle \sum_{n=3}^\infty n\cdot x^{n-1}, evaluated at x=15x=\dfrac15. We should figure out what f(x)f(x) is in equation form (as opposed to power series form). Notice that this looks similar to the derivative of the geometric series ∑xn\displaystyle\sum x^n.

11−x=∑n=0∞xnwhen ∣x∣<1ddx{11−x}=ddx{∑n=0∞xn}1(1−x)2=∑n=1∞nxn−1=1x0+2x1+∑n=3∞nxn−1=1+2x+∑n=3∞nxn−1So,1(1−x)2−1−2x=∑n=3∞nxn−1Setting x=15:1(1−1/5)2−1−25=∑n=3∞n(15)n−1(54)2−1−25=∑n=3∞n5n−1\begin{aligned} \frac{1}{1-x}&=\sum_{n=0}^\infty x^n \qquad \text{when $|x|<1$}\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{1}{1-x}\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sum_{n=0}^\infty x^n\right\}\\ \frac{1}{(1-x)^2}&=\sum_{n=1}^\infty nx^{n-1}\\ &= 1x^0 + 2x^1+\sum_{n=3}^\infty nx^{n-1}\\ &= 1 + 2x+\sum_{n=3}^\infty nx^{n-1}\\ \text{So,}\qquad \frac{1}{(1-x)^2}-1-2x&=\sum_{n=3}^\infty nx^{n-1}\\ \text{Setting $x=\dfrac15$:}\qquad \frac{1}{(1-1/5)^2}-1-\frac25&=\sum_{n=3}^\infty n\left(\frac15\right)^{n-1}\\ \left(\frac{5}{4} \right)^2-1-\frac25&=\sum_{n=3}^\infty \frac{n}{5^{n-1}}\\ \end{aligned}

So, our series evaluates to 2516−1−25=1380\displaystyle\frac{25}{16}-1-\frac{2}{5}=\frac{13}{80}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.5절 · 24번
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CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)