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设幂级数在负无穷到正无穷内收敛,其和函数y(x)幂级数为∑anxn,且和函数y″-2xy′-4y=0,y(0)=0,y′(0)=1(1)证明:an+2=2ann+1,n=1,2,3,…(2)求y(x)的表达式.

2019-06-02

设幂级数在负无穷到正无穷内收敛,其和函数y(x)幂级数为∑anxn,且和函数y″-2xy′-4y=0,y(0)=0,y′(0)=1
(1)证明:an+2=
2an
n+1
,n=1,2,3,…
(2)求y(x)的表达式.
优质解答
证明:
(1)
由:y(x)=
n=0
anxn

得:y′(x)=
n=1
nanxn−1
y″(x)=
n=2
n(n−1)anxn−2
n=0
(n+2)(n+1)an+2xn

而和函数y(x)满足给定的微分方程,
于是代入y″-2xy′-4y=0,得:
n=0
(n+2)(n+1)an+2xn−2x
n=1
nanxn−1−4
n=0
anxn=0

比较xn的系数可得:
(n+2)(n+1)an+2-2nan-4an=0,
化简即得:an+2
2an
n+1
,n=1,2,3,…,证毕.


(2)
由y(0)=0,y′(0)=1,
可得到:a0=0,a1=1,
由(1)知:an+2
2an
n+1

可以得出an的表达式为:an
0          n为偶数
1
(
n−1
2
)!
  n为奇数

因此:
 y(x)=x+x3+
xy(x)=
n=0
anxn

得:y′(x)=
n=1
nanxn−1
y″(x)=
n=2
n(n−1)anxn−2
n=0
(n+2)(n+1)an+2xn

而和函数y(x)满足给定的微分方程,
于是代入y″-2xy′-4y=0,得:
n=0
(n+2)(n+1)an+2xn−2x
n=1
nanxn−1−4
n=0
anxn=0

比较xn的系数可得:
(n+2)(n+1)an+2-2nan-4an=0,
化简即得:an+2
2an
n+1
,n=1,2,3,…,证毕.


(2)
由y(0)=0,y′(0)=1,
可得到:a0=0,a1=1,
由(1)知:an+2
2an
n+1

可以得出an的表达式为:an
0          n为偶数
1
(
n−1
2
)!
  n为奇数

因此:
 y(x)=x+x3+
x