题目
9.幂级数sum_(n=0)^infty(2+i)^nz^n的收敛半径为()A. sqrt(5)B. 5C. (1)/(sqrt(5))D. (1)/(5)
9.幂级数$\sum_{n=0}^{\infty}(2+i)^{n}z^{n}$的收敛半径为()
A. $\sqrt{5}$
B. 5
C. $\frac{1}{\sqrt{5}}$
D. $\frac{1}{5}$
题目解答
答案
C. $\frac{1}{\sqrt{5}}$
解析
本题考查幂级数收敛半径的计算,解题思路是利用幂级数收敛半径的公式来求解。对于幂级数$\sum_{n = 0}^{\infty}a_{n}z^{n}$,其收敛半径$R$的计算公式为$R=\frac{1}{\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\vert a_{n}\vert^{\frac{1}{n}}}$(根值判别法),也可使用$R = \lim\limits_{n\rightarrow\infty}\vert\frac{a_{n}}{a_{n + 1}}\vert$(比值判别法),这里我们使用根值判别法。
已知幂级数$\sum_{n=0}^{\infty}(2 + i)^{n}z^{n}$,则$a_{n}=(2 + i)^{n}$。
- 首先求$\vert a_{n}\vert$:
根据复数的模的性质,对于复数$z = x+iy$,其模$\vert z\vert=\sqrt{x^{2}+y^{2}}$。
对于$a_{n}=(2 + i)^{n}$,$\vert a_{n}\vert=\vert(2 + i)^{n}\vert$,由$\vert z^{n}\vert=\vert z\vert^{n}$可得$\vert(2 + i)^{n}\vert=\vert2 + i\vert^{n}$。
计算$\vert2 + i\vert$,其中$x = 2$,$y = 1$,则$\vert2 + i\vert=\sqrt{2^{2}+1^{2}}=\sqrt{4 + 1}=\sqrt{5}$。
所以$\vert a_{n}\vert=(\sqrt{5})^{n}$。 - 然后求$\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\vert a_{n}\vert^{\frac{1}{n}}$:
将$\vert a_{n}\vert=(\sqrt{5})^{n}$代入$\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\vert a_{n}\vert^{\frac{1}{n}}$,可得$\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\vert a_{n}\vert^{\frac{1}{n}}=\lim\limits_{n\rightarrow\infty}[(\sqrt{5})^{n}]^{\frac{1}{n}}$。
根据幂的运算法则$(a^{m})^{n}=a^{mn}$,则$[(\sqrt{5})^{n}]^{\frac{1}{n}}=(\sqrt{5})^{n\times\frac{1}{n}}=\sqrt{5}$,所以$\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\vert a_{n}\vert^{\frac{1}{n}}=\sqrt{5}$。 - 最后求收敛半径$R$:
根据收敛半径公式$R=\frac{1}{\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\vert a_{n}\vert^{\frac{1}{n}}}$,将$\lim\limits_{n\rightarrow\infty}\vert a_{n}\vert^{\frac{1}{n}}=\sqrt{5}$代入可得$R = \frac{1}{\sqrt{5}}$。