无穷级数 · 将 $f(x)=\arctan x$ 展开成 $x$ 的幂级

第11章 无穷级数 | 题库题号 12-23(可溯源)| 一题一图组 · 按题型取式 | 师生双视图同源
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题 干
将 $f(x)=\arctan x$ 展开成 $x$ 的幂级数,并求 $\sum_{n=0}^\infty\frac{(-1)^n}{2n+1}=\frac\pi4$。
还原图过程图雷区图认知层级图
图一还原图先把「有什么」摆出来
已 知f(x) = arctan x所 求展开为 x 的幂级数求 ∑(−1)ⁿ/(2n+1)缺口需架桥
间接展开法:先展开导数 $1/(1+x^2)$,再逐项积分。
教师点题:$f'(x)=\frac1{1+x^2}=\sum(-1)^n x^{2n}$。
学生写出导数展开,再逐项积分。
图二过程图标准解答逐步(题库真题自带)
标准解答(题库真题自带,逐步可核验)
  1. L4分析:$f'(x)=\frac1{1+x^2}=\sum_{n=0}^\infty(-1)^nx^{2n}$,逐项积分得展开式。代入 $x=1$ 得 $\sum\frac{(-1)^n}{2n+1}=\frac\pi4$。
  2. 思路:利用 $\arctan x$ 的导数展开再积分,这是间接展开法的典型应用。
标准解答(题库真题自带):$\arctan x=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(-1)^n}{2n+1}x^{2n+1}$;代 x=1 ⇒ $\sum\frac{(-1)^n}{2n+1}=\frac\pi4$。
教师强调:代端点 x=1 需端点处收敛。
学生复算代点。
图三雷区图错在哪一步(真实数据接入位)
雷区数据接入位 本图用于把「最易错处」钉在图上的具体位置;错误率来自题库作答聚合(脱敏·按知识点「幂级数展开」)。
本知识点真实错误率:数据接入后显示(暂无则不显示,绝不编造)。
雷区图把「最容易错的地方」钉在具体位置;错误率数据接入后显示。
教师只点典型错误、不点名。
学生对照自查:这几个位置我有没有踩坑?
图四认知层级图本题落在 Bloom 哪一层
认知层级(Bloom):本题在主序列中的位置记忆理解应用分析●评价创造绿=本题涉及;灰=本题不涉及(层级递进,但不要求每题都到顶)
本题涉及的认知层级(绿)——级别递进,但不要求每题都到顶。
教师据此定课堂标高:只到「应用」的题,不拔到「评价」。
学生知道要练到哪一层:会算 ≠ 会用。
🎯 同型题 · 同考场(Ch7 幂级数展开 · 题库真题 33 道,取 4 道 · 可溯源 id,非本题改编)
函数 $f(x)=\frac{1}{1+x^2}$ 在 $x=0$ 处展开为幂级数,求 $f^{(10)}(0)$。
#HC07幂级数展开-003 | fill | 进阶
看答案
$0$
将 $\frac1{1+x}$ 展开为 $x$ 的幂级数
#HC0774-001 | fill | 基础
看答案
$\sum_{n=0}^\infty(-1)^nx^n$,$|x|<1$
将函数 $f(x)=\frac{1}{1-x}$ 展开成 $x$ 的幂级数。
#HC0774-002 | fill | 基础
看答案
$\sum_{n=0}^\infty x^n,\;|x|<1$
将 $f(x)=\sin x$ 展开成 $x$ 的幂级数(麦克劳林级数)。
#HC0774-004 | fill | 基础
看答案
$\sum_{n=0}^\infty \frac{(-1)^n}{(2n+1)!}x^{2n+1}$
做法同源:识别特征 → 判别方法 → 验算。答案可折叠,先自己做再看;错误率来自训练记录(样本不足则留白,绝不编造)。