на соновании лишь того факта, что ряд сходился на любом внутреннем отрезке
Можно. Непонятно, правда, зачем Вы отстраиваетесь от нуля, ведь в окрестности нуля-то сходимость уж всяко равномерна. А на другом конце так. Всё, что требуется для подобного трюка -- это иметь возможность поменять местами взятие суммы ряда и переход к почленному пределу при
в том ряде, который получается
после почленного интегрирования, не более и не менее. Для чего достаточно равномерной сходимости ряда именно из интегралов. Ну так она очевидно и есть, и не только равномерная, а даже и абсолютно-равномерная. Ведь коэффициенты при степенях ещё до интегрирования уже убывали как единица на корень из эн, а после интегрирования ещё один множитель эн в знаменатели добавится.