Lektsia_18
.pdfодержимо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
) |
|
|
|
|
( |
|
|
|
) |
|
|
( |
) |
|||||
( |
|
) |
|
( ) |
|
|
( |
) |
( |
) |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
( ) |
( |
) |
|
|
|
|
( |
|
|
) |
|
( |
|
|
) |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приклад 4. Розвинемо у ряд Маклорена функцію
|
|
|
3х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
f (x) cos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Обчислимо коефіцієнти Тейлора для |
f x : |
|
|
|
||||||||||||||
n |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
f |
x 3 |
cos |
3x |
|
n |
|
|
, |
n , |
f 0 |
cos |
|
|
|
, |
||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
n |
n |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
f |
0 3 |
cos |
3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переконуємось, що -й залишок формули Тейлора
|
n 1 |
|
3 x |
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
||
3 |
|
cos |
3 |
|
|
|
|
|
|
||||
Rn x |
|
|
|
|
|
|
2 |
x |
n 1 |
0 |
при n , |
x R, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
n 1 ! |
|
|
|
|
|
|
Тому ряд Маклорена збігається на всій числовій осі до функції f x .
Таким чином, маємо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
cos |
3 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
n |
|
|
|||||||
cos 3х |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
, x R. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
3 |
n 0 |
n! |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Приклад 5. Знайдемо перші три ненульові члени |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x0 |
|
|
|
|
х |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
||||
ряду Тейлора в околі точки |
|
|
(за степенями |
|||||||||||||
) для функції |
f (x) ln 1 sin x . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Функція визначена і диференційовна на |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
x 2 |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
інтервалі |
|
|
|
|
|
Обчислимо коефіцієнти Тейлора |
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
функції f (x) ln 1 sin x : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos x |
|
|
|
|
||
f |
ln 2; |
|
|
|
|
|
, |
|
|
0; |
|||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
f x |
1 sin x |
|
f |
|||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, f |
; |
|
||||||
f x |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
sin x |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
cos x |
|
|
|
f |
|
|
|
, f |
|
0; |
|
|
|||||
x |
1 sin x 2 |
|
||||
|
|
|
|
2 |
||
f |
IV x |
1 sin x cos2 |
x , f |
|||
|
|
|
1 sin x 3 |
|
|
IV |
|
|
1 |
|
|
|
|
. |
|
|
||||
2 |
|
|
4 |
|
Підставимо значення цих коефіцієнтів у загальну формулу ряду Тейлора
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
2 |
|
|
|
|
|
f x f |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1! |
|
|
2 |
|
|
|
f |
IV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
. |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
4! |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
2 |
|
|
|
2 |
f |
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2! |
|
|
2 |
|
3! |
|
|
2 |
|
Дістанемо
f x ln 2 |
|
1 |
|
|
|
2 |
1 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
x |
|
|
|
x |
|
, |
x |
|
. |
|
|
2! |
|
|
||||||||||
2 |
|
2 |
|
4 4! |
2 |
|
|
2 |
|
Приклад 6. Розкладемо у ряд Маклорена функцію
f (x) 3 8 х3
Подамо функцію у вигляді ( ) |
( ( |
|
) ) |
|
і скористаємося біноміальним рядом, підставивши замість значення ( ) . Дістанемо
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
x |
|
3 |
|
|
||||||
3 8 x3 2 |
1 |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
3 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 x |
|
3 |
|
|
1 x |
6 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
2 1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
3 2 |
|
|
3 |
|
|
|
2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
1 |
x |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
n 1 |
x |
|
3n |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
3 |
3 |
|
|
|
1 |
n |
3 3 |
|
3 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n! |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 2 5 |
3n 4 |
|
x 3n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
3n |
n! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Область збіжності ряду визначаємо із нерівності
| | , звідси | |
Приклад 7. Розкладемо у ряд Маклорена функцію f (x) arctgx .
Скористаємося геометричним рядом
|
1 |
1 x2 |
x4 |
1 n x2n , |
|
x |
|
1. |
||||||||
|
|
|||||||||||||||
1 x2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Проінтегруємо цей ряд на відрізку [ |
], де |
|||||||||||||||
|
|
, отримаємо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
arctgx x |
x3 |
|
x5 |
1 n |
x2n 1 |
|
, |
|
|
|
x |
|
1. |
|||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
2n 1 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
3 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Безпосередньою перевіркою переконуємось, що ряд збігається умовно на кінцях інтервалу, тобто ряд збіжний при [ ].
Приклад 8. Розкладемо у ряд Тейлора за
|
f (x) |
1 |
|
степенями х 1 функцію |
|
|
|
х 2 і знайдемо |
|||
область збіжності ряду. |
|
|
|
Внаслідок заміни змінної дістанемо
x 1 t, |
x t 1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
t |
t |
2 |
|
|
|
|
n t n |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
x 2 |
t 3 3 |
|
|
|
3 |
|
|
3 |
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
x 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n x 1 |
|
|
|
|
|
|
n x 1 |
|||||||||||||
|
|
|
x 1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
n 1 . |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 0 |
|
При цьому ми скористались геометричним рядом. t 1,
Ряд збігається, якщо 3
звідси x 1 3, тобто x 2; 4 .
Приклад 9. Розкладемо у ряд Тейлора за
|
f (x) |
1 |
|
|
|
|
|
степенями х 2 функцію |
(х 3)2 |
і знайдемо |
область збіжності ряду.
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
||
|
|
|
x 3 2 |
|
|
|
||||||
Скористаємось рівністю |
|
|
x 3 |
|
Як |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
і в попередньому xрикладі, функцію |
|
1 |
розкладемо |
|||||||||
x |
3 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
у ряд за степенями |
внаслідок заміни |
|
|
|||||||||
x 2 t, |
x t 2 і використання геометричного |
|
ряду:
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
x 3 |
t 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x 2 |
|
|
|||||||||
|
|
5 |
|
|
|
|
t |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x 2 |
x 2 |
n |
||
|
|
|
|
|
5 |
5 |
|||
|
|
.
Цей ряд збігається, якщо x 7; 3 .
x 2
5 1, тобто
Продиференцюємо почленно отриманий ряд, дістанемо
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
2 |
x 2 |
n 1 |
x 2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
x 3 2 |
|
|
|
|
|
|
52 |
5n1 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
x |
3 |
|
|
5 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
n 1 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
x 2 |
|
, |
|
x |
7; |
3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
5 |
n 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
n0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приклад 10. Користуючись розкладом у ряд |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (x) |
|
х8 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Маклорена функції |
|
1 х2 , обчислимо |
|
|||||||||||||||||||||||||
значення |
|
|
f (14) (0) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скористаємось рівністю
f x x8 |
1 |
x8 1 x2 x4 x6 |
x2n |
|||||
|
|
|||||||
1 x2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||
x8 x10 x12 x14 x2n , |
|
x |
|
1. |
||||
|
|
|||||||
Але будь-який розклад f x в степеневий ряд за |
||||||||
степенями |
є її рядом Маклорена. Оскільки у ряді |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
f 14 0 |
Маклорена при x14 повинен буди коефіцієнт 14! і
він згідно розкладу рівний , то |
f 14 0 14! |
|
Приклад 11. Розкладемо у ряд Маклорена функцію f (x) ln 3 2х х2 і знайдемо область збіжності ряду.
Зробимо такі перетворення:
f x ln 3 2x x2 ln 3 x 1 x ln 3 x ln 1 x
|
|
x |
ln 1 x . |
|
ln 3 ln 1 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
3 |
|
Скористаємося розкладом у ряд Маклорена логарифмічної функції:
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
1 |
x |
|
2 |
|
|
|
n 1 |
1 x n |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
f x ln 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
2 3 |
|
|
|
|
|
n 3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
x |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
n 1 |
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
n |
||||||||||
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ln 3 |
|
|
|
|
|
n |
|
|
1 x . |
||||||||||
2 |
3 |
|
n |
n |
3 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Ряд збігається на перерізі двох множин |
|
x |
|
3 і |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
x |
|
1, |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
тобто при |
|
|
|
|
|
|
1;1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приклад 12. Розкладемо у ряд Маклорена функцію
x |
sin t |
|
|
si(x) |
dt |
|
|
|
|
||
0 |
t |
. |
|
|
|
||
|
|
|
Розкладемомо у ряд Маклорена підінтегральну функцію і проінтегруємо степеневий ряд. Дістанемо
si x |
x |
|
1 |
|
|
t |
3 |
|
t |
5 |
1 n |
|
|
t |
2n 1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
dt |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
t |
|
3! 5! |
|
|
2n 1 ! |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
x |
|
|
t |
2 |
|
|
t |
4 |
|
1 n |
t |
2n |
|
|
|
|||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
3! 5! |
|
|
|
|
|
|
2n 1 ! |
|
|
|
|||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x3 |
|
|
x5 |
|
|
n |
x2n 1 |
||
x |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||
3 3! |
5 5! |
2n 1 2n 1 ! |
||||||||
|
|
|
|
x |
2n 1 |
|
|
|
||
1 n |
|
|
|
. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
n 0 |
|
|
2n 1 2n 1 ! |
|
|
|
Легко переконатися в тому, що ряд збігається на всій числовій осі.