§ 4. Общий метод доказательства существования разложения (1.1)
Теперь перейдем к другому методу определения коэффициентов
который не опирается на существование асимптотического разложения. Снова будем рассматривать уравнение (3.1) и уравнение
В этом методе
можно считать и функциями от
Равенство
мы доказали на основании (2.6), т. е. доказали (2.7):
Далее имеем
Пользуясь теоремой Лопиталя, находим
Так как
при
то предел второго слагаемого равен нулю. Поэтому имеем
И так как
то
Отсюда следует, что либо
либо
Выберем значение (4.4), т. е.
и рассмотрим
Если окажется, что
будет конечным, то выбор
будет оправдан и мы получим асимптотическое разложение
где
Здесь
может быть и ограниченной функцией, если
— функции от
так как в нашем рассуждении мы не пользовались тем, что
— постоянные.
Итак, рассмотрим
Отсюда видим, что если
конечен, то
— произвольное. Так оно и будет:
— проивольное
если
Это видно из (3.6), так как если
то из (3.6) имеем
Продолжая наше рассуждение, находим все коэффициенты а
Например,
найдем так:
Здесь предел последнего слагаемого равен нулю ввиду того,
Поэтому имеем
откуда
Итак, имеем
где
Так шаг за шагом найдем все более далекие члены разложения
и докажем во всяком случае асимптотичность разложения. Мы получим легко из этих формул и оценки величин
всех
или
Если
то, как видим из (4.9), должно быть
Отсюда следует, что асимптотического разложения вида (1.1) нет. Мы видели, что в этом случае имеется даже сходящееся разложение, но вида (1.4), именно разложение (2.22), (2.24), (2.26). Но мы нашим способом установили тот факт в разложении (2.22), что
при
т. е.
при