Lexikon der Mathematik: Konvergenzbereich einer Potenzreihe
die Menge der reellen oder komplexen Zahlen, für die eine gegebene Potenzreihe
konvergiert. Es seien dabei (an) (die Koeffizienten) eine Folge reeller oder komplexer Zahlen, und der Entwicklungspunkt x0 ∈ 𝕂 mit 𝕂 ∈ {ℝ, ℂ}. Es gilt:
Entweder ist die o. a. Potenzreihe für alle x ∈ 𝕂 absolut konvergent, die Reihe wird dann auch beständig konvergent genannt, oder es existiert ein 0 ≤ R< ∞ derart, daß sie für x ∈ 𝕂 mit |x − x0| < R absolut konvergent und für x ∈ 𝕂 mit |x − x0| >R divergent ist.
Für positives (endliches) R ist dies in der Abbildung illustriert.
Setzt man im ersten Fall formal R := ∞ und ergänzt die Anordnung auf ℝ (bei sinngemäßer Übertragung aller damit gebildeten Notierungsweisen) durch −∞ < α < ∞ für α ∈ ℝ, dann läßt sich der Satz wie folgt umformulieren:
Es existiert ein 0 ≤ R ≤ ∞ derart, daß die o. a. Potenzreihe für x ∈ 𝕂 mit |x − x0| < R absolut konvergent und für x ∈ 𝕂 mit |x − x0| > R divergent ist.
Kennt man den Konvergenzradius, so überschaut man also den Konvergenzbereich einer Potenzreihe weitgehend. Die einzigen Punkte, in denen keine allgemeinen Aussagen über das Konvergenzverhalten gemacht werden können, sind – falls 0 < R < ∞ – die „Randpunkte“, für 𝕂 = ℝ also gerade x0 − R und x0 + R. Tatsächlich treten dort alle möglichen Fälle ein: Die Potenzreihen um 0
haben alle den Konvergenzradius 1; sie sind in dieser Reihenfolge konvergent in (−1, 1), [−1, 1), (− 1, 1] und [−1, 1].
Der Bereich {x ∈ 𝕂 : |x − x0| < R}, in dem die Konvergenz also stets gesichert ist, heißt Konvergenzintervall für 𝕂 = ℝ und Konvergenzkreis für 𝕂 = ℂ. Im Fall 𝕂 = ℂ sind alle Punkte auf dem „Rand“ des Konvergenzkreises gesondert zu untersuchen.
Für 0 < r< R ist die Potenzreihe in {x ∈ 𝕂 : | x−x0| ≤ r} gleichmäßig absolut konvergent. Siehe auch Konvergenzkreis, Konvergenzradius.
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