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Séries de Taylor e de Maclaurin, Notas de estudo de Matemática

Séries de Taylor e de Maclaurin

Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 01/09/2009

usuário desconhecido
usuário desconhecido 🇧🇷

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S´
ERIES DE TAYLOR E DE MACLAURIN
Notas de aula - Pedro Miranda1
Defini¸ao
Pn(x) = F(a) + F0(a)
1! .(xa) + F00(a)
2! .(xa)2+. . . F(n)(a)
n!.(xa)n
Ou seja,
P(x) = c0+c1(xa) + c2(xa)2+c3(xa)3+. . .
|xa|< R
cn=F(n)(a)
n!
Exemplo 1. F(x) =
X
n=0
F(n)(a)
n!.(xa)n
=F(a) + F0(a)
1! .(xa) + F00(a)
2! .(xa)2+F000(a)
3! .(xa)3. . .
P/a = 0
F(x) =
X
n=0
F(n)(0)
n!.xn=F(0) + F0(0)
1! .x +F00(0)
2! .x2+. . .
Obs.: A express˜ao acima ´e conhecida como erie de Maclaurin
Exemplo 2. Ache a erie e o raio de convergˆencia da fun¸ao: F(x) = ex.
F(x) = exF(n)=ex,F(0)(0) = e0= 1 P/n
X
n=0
F(n)(0)
n!.xn=
X
n=0
xn
n!= 1 + x
1! +x2
2! +x3
3! +. . .
Convergˆencia:An=xn
n!, ent˜ao:
|An+1
An|=|xn+1
(n+ 1)!.n!
xn|=|x|
n+ 1 0<1
Converge P/xRc=.
ex=
X
n=0
xn
n!
F(x) = lim
n7→∞ Tn(x)Rn=F(x)T(x)
F(x) = Tn(x) + Rn(x), Rn= resto.
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SERIES DE TAYLOR E DE MACLAURIN´

Notas de aula - Pedro Miranda^1

Defini¸c˜ao

Pn(x) = F (a) + F ′(a) 1! .(x − a) + F ′′(a) 2! .(x − a)^2 +... F (n)(a) n! .(x − a)n

Ou seja,

P (x) = c 0 + c 1 (x − a) + c 2 (x − a)^2 + c 3 (x − a)^3 +...

|x − a| < R

cn = F (n)(a) n!

Exemplo 1. F (x) =

∑^ ∞

n=

F (n)(a) n! .(x − a)n

= F (a) + F ′(a) 1! .(x − a) + F ′′(a) 2! .(x − a)^2 + F ′′′(a) 3! .(x − a)^3...

P/a = 0

F (x) =

∑^ ∞

n=

F (n)(0) n! .xn^ = F (0) +

F ′(0)

.x +

F ′′(0)

.x^2 +...

Obs.: A express˜ao acima ´e conhecida como s´erie de Maclaurin

Exemplo 2. Ache a s´erie e o raio de convergˆencia da fun¸c˜ao: F (x) = ex.

F (x) = ex^ ⇒ F (n)^ = ex, F (0)(0) = e^0 = 1 P/∀n

∑^ ∞

n=

F (n)(0) n! .xn^ =

∑^ ∞

n=

xn n!

x 1!

x^2 2!

x^3 3!

Convergˆencia: An = xn n!

, ent˜ao:

An+ An

xn+ (n + 1)!

n! xn^

|x| n + 1

Converge P/∀x ⇒ Rc = ∞.

ex^ =

∑^ ∞

n=

xn n!

F (x) = lim n 7 →∞ Tn(x) ⇒ Rn = F (x) − T(x)

F (x) = Tn(x) + Rn(x), Rn = resto.

(^1) e-mail: [email protected]

nlim 7 →∞ Tn(x) = lim n 7 →∞[F^ (x)^ −^ Rn(x)] =^ F^ (x)^ −^ nlim 7 →∞ Rn(x)

Teorema 1. Se f (x) = Tn(x) + Rn(x), onde Tn ´e o polinˆomio de Taylor.

Ent˜ao: (^) nlim→∞ Rn(x) = 0, p/|x − a| < R, (intervalo).

Desigualdade de Taylor

Se |F (n+1)(x)| ≤ n, p/|x − a| ≤ D, ent˜ao:

Rn(x) satisfaz: |Rn(x)| ≤ n (n + 1)! .|x − a|n+1, p/|x − a| ≤ D.

|F ′′(x)| ≤ n ⇒ F ′′(x) ≤ n, p/a ≤ x ≤ a + D, temos:

∫ (^) x

a

F ′′(t)dt ≤

∫ (^) x

a

ndt ⇒ F ′(x) − F ′(a) ≤ n(x − a) ou F ′(x) ≤ F ′(a) + n(x − a).

∫ (^) x

a

F ′(t)dt ≤

∫ (^) x

a

[F ′(a) + n(t − a)]dt

F (x) − F (a) ≤ F ′(a).(x − a) + n. (x − a)^2 2

mas R 1 (x) = F (x) − T 1 (x) = F (x) − F (a) − F ′(a).(x − a)

R 1 (x) ≤ n 2 .(x − a)^2

Exemplo 3. sin x = x − x^3 3!

x^5 5!

x^7 7! +... (−1)n. x^2 n−^1 (2n − 1)!

∑^ ∞

n=

(−1)n. x^2 n+ (2n + 1)!

Usando Maclaurin

Exemplo 4. F (0) +

F ′(0)

.x +

F ′′(0)

.x^2 +

F ′′′(0)

+... = x − x^3 3!

x^5 5!

x^7 7!

∑^ ∞

n=

(−1)n. x^2 n+ (2n + 1)!

A desigualdade

|Rn(x)| ≤ n (n + 1)! .|xn+1| = |x|n+ (n + 1)!

Exemplo 5. Ache a raiz quadrada de 4,8. √ 4 , 8 ⇒

x, a = 4.

Temos:

F ′(x) =

x ; F ′′(x) = −

4 x

x ; F ′′′(x) =

8 x^2

x