
【计】 complex power series
complex number; plural; pluralism; plurality
【计】 complex number
【经】 complex number
【计】 power series; series of powers
【化】 power series
复数幂级数是复变函数理论中的核心概念,指以复数变量( z )为中心的无限级数形式,通常表达为: $$ sum_{n=0}^{infty} a_n (z - z_0)^n $$ 其中( a_n )为复系数,( z_0 )为展开中心点。其数学本质是通过多项式项的无限叠加逼近复平面内的解析函数,收敛域为以( z_0 )为中心的某个开圆盘(收敛圆),半径由柯西-阿达马公式确定。
关键特性与定义:
收敛半径公式
根据复分析理论,收敛半径( R )可通过根值法计算: $$ R = frac{1}{limsup_{n to infty} sqrt[n]{|a_n|}} $$ 该公式由柯西提出,揭示了系数衰减速率与级数收敛范围的关系。
解析函数的等价性
魏尔斯特拉斯定理指出:在收敛圆内,复数幂级数定义的函数是解析的,且任意解析函数均可局部展开为幂级数形式。这一特性奠定了复分析中函数研究的统一框架。
典型应用示例
指数函数( e^z = sum_{n=0}^{infty} frac{z^n}{n!} )在复平面上处处收敛,展示了幂级数在全纯函数表示中的普适性。三角函数与对数函数也可通过类似展开式在特定区域定义。
学科关联性:
在工程数学中,复数幂级数被广泛应用于信号处理的Z变换理论,以及电磁场分析的解析延拓方法。其收敛特性直接影响着系统稳定性判据的建立。
复数幂级数是复分析中的核心概念之一,其形式为:
$$ sum_{n=0}^{infty} a_n (z - z_0)^n $$
其中:
收敛性
解析性 幂级数在其收敛圆内定义的函数是解析函数,具有:
典型展开式
该理论为研究解析函数提供了强有力的工具,其收敛特性通过柯西积分公式与复积分深度关联,体现了复分析中局部性质决定整体行为的核心思想。
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