Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Lektsia_18

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
17.03.2016
Размер:
753.29 Кб
Скачать

одержимо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

)

 

 

 

 

(

 

 

 

)

 

 

(

)

(

 

)

 

( )

 

 

(

)

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

(

)

 

 

 

 

(

 

 

)

 

(

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]