Függvények hatványsorba fejtése, Maclaurin-sor, konvergenciatartomány

Hasonló dokumentumok
Speciális függvénysorok: Taylor-sorok

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

1. Fourier-sorok. a 0 = 1. Ennek a fejezetnek a célja a 2π szerint periodikus. 1. Ha k l pozitív egészek, akkor. (a) cos kx cos lxdx = 1 2 +

n n (n n ), lim ln(2 + 3e x ) x 3 + 2x 2e x e x + 1, sin x 1 cos x, lim e x2 1 + x 2 lim sin x 1 )

I. A PRIMITÍV FÜGGVÉNY ÉS A HATÁROZATLAN INTEGRÁL

Fourier-sorok. Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

Fourier sorok február 19.

Hatványsorok, Fourier sorok

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

Határozatlan integrál

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

Taylor-polinomok. 1. Alapfeladatok április Feladat: Írjuk fel az f(x) = e 2x függvény másodfokú Maclaurinpolinomját!

5. fejezet. Differenciálegyenletek

A gyors Fourier-transzformáció (FFT)

Határozatlan integrál

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Függvények vizsgálata

Integrálszámítás. a Matematika A1a-Analízis nevű tárgyhoz november

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. (L Hospital szabály, Taylor-polinom,

A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

Feladatok a Diffrenciálegyenletek IV témakörhöz. 1. Határozzuk meg következő differenciálegyenletek általános megoldását a próba függvény módszerrel.

Számsorok. 1. Definíció. Legyen adott valós számoknak egy (a n ) n=1 = (a 1, a 2,..., a n,...) végtelen sorozata. Az. a n

x 2 e x dx c) (3x 2 2x)e 2x dx x sin x dx f) x cosxdx (1 x 2 )(sin 2x 2 cos 3x) dx e 2x cos x dx k) e x sin x cosxdx x ln x dx n) (2x + 1) ln 2 x dx

Határozatlan integrál (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

y = y 0 exp (ax) Y (x) = exp (Ax)Y 0 A n x n 1 (n 1)! = A I + d exp (Ax) = A exp (Ax) exp (Ax)

1. Határozza meg az alábbi határértéket! A válaszát indokolja!

= x2. 3x + 4 ln x + C. 2. dx = x x2 + 25x. dx = x ln 1 + x. 3 a2 x +a 3 arctg x. 3)101 + C (2 + 3x 2 ) + C. 2. 8x C.

A feladatok megoldása

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Szélsőérték feladatok megoldása

Integrálszámítás (Gyakorló feladatok)

Differenciál és integrálszámítás diszkréten

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. (Derivált)

Tartalomjegyzék. Tartalomjegyzék Valós változós valós értékű függvények... 2

a) az O(0, 0) középpontú, r = 2 sugarú, negatív irányítasú körvonal P( 2, 2), Q( 2, 2) pontjait

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

Tizenegyedik gyakorlat: Parciális dierenciálegyenletek Dierenciálegyenletek, Földtudomány és Környezettan BSc

Határozatlan integrál, primitív függvény

Matematika A1a Analízis

3. Lineáris differenciálegyenletek

Kiegészítő részelőadás 2. Algebrai és transzcendens számok, nevezetes konstansok

Differenciálegyenletek. Vajda István március 4.

Drótos G.: Fejezetek az elméleti mechanikából 4. rész 1

Analízis példatár. Országh Tamás. v0.2. A példatár folyamatosan bővül, keresd a frissebb verziót a honlapon a

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

Polinomok maradékos osztása

Matematika A1a Analízis

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Határozott integrál és alkalmazásai

Alkalmazott matematika és módszerei I Tantárgy kódja

(x + 1) sh x) (x 2 4) = cos(x 2 ) 2x, e cos x = e

IV. INTEGRÁLSZÁMÍTÁS Megoldások november

Debreceni Egyetem. Feladatok a Matematika II. tárgy gyakorlataihoz. Határozatlan integrál

PTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

6. feladatsor: Inhomogén lineáris differenciálegyenletek (megoldás)

cos 2 (2x) 1 dx c) sin(2x)dx c) cos(3x)dx π 4 cos(2x) dx c) 5sin 2 (x)cos(x)dx x3 5 x 4 +11dx arctg 11 (2x) 4x 2 +1 π 4

I. feladatsor i i i i 5i i i 0 6 6i. 3 5i i

Kiegészítő részelőadás 2. Algebrai és transzcendens számok, nevezetes konstansok

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) FELADATOK Taylor- (Maclaurin-) sorok, hibabecslés

Dierenciálhatóság. Wettl Ferenc el adása alapján és

konvergensek-e. Amennyiben igen, számítsa ki határértéküket!

Fourier sorok FO 1. Trigonometrikus. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

6. Folytonosság. pontbeli folytonosság, intervallumon való folytonosság, folytonos függvények

2. Zárthelyi megoldásokkal 1998 tavasz I. évf tk.

Kalkulus I. gyakorlat, megoldásvázlatok

XL. Felvidéki Magyar Matematikaverseny Oláh György Emlékverseny Galánta 2016 Megoldások 1. évfolyam. + x = x x 12

Szili László. Integrálszámítás (Gyakorló feladatok) Analízis 3. Programtervező informatikus szak BSc, B és C szakirány

Matematika példatár 4.

1. Bevezetés Differenciálegyenletek és azok megoldásai

IV. INTEGRÁLSZÁMÍTÁS Feladatok november

2. (b) Hővezetési problémák. Utolsó módosítás: február25. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Tanulási cél Szorzatfüggvényekre vonatkozó integrálási technikák megismerése és különböző típusokra való alkalmazása. 5), akkor

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

A CSOPORT 4 PONTOS: 1. A

Példatár Lineáris algebra és többváltozós függvények

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

1. Monotonitas, konvexitas

Kurzusinformáció. Analízis II, PMB1106

Exponenciális és logaritmikus kifejezések Megoldások

Matematika III. harmadik előadás

Függvény határérték összefoglalás

Elérhető maximális pontszám: 70+30=100 pont

A végtelen a matematikában Dr. Németh József egyetemi docens SZTE TTIK Bolyai Intézet.

Trigonometrikus egyenletek megoldása Azonosságok és 12 mintapélda

Differenciálegyenletek

Dr. Tóth László, Kombinatorika (PTE TTK, 2007)

Matematika I. NÉV:... FELADATOK: 2. Határozzuk meg az f(x) = 2x 3 + 2x 2 2x + 1 függvény szélsőértékeit a [ 2, 2] halmazon.

Komplex számok. 6. fejezet. A komplex szám algebrai alakja. Feladatok. alábbi komplex számokat és helyvektorukat:

Fourier-sorok Horv ath G abor 1

Feladatok matematikából 3. rész

Dierenciálhányados, derivált

Átírás:

Függvénye hatványsorba fejtése, Maclaurin-sor, onvergenciatartomány Taylor-sor, ) Állítsu elő az alábbi függvénye x helyhez tartozó hatványsorát esetleg ülönféle módszereel) éa állapítsu meg a hatványsor onvergenciatartományát!) a) A cos 5x függvény hatványsora: A hatványsor alaja általános alaja: f x) f ) + f )! x + f )! x + f ) x +.! A cos 5x függvény deriváltjai, és értéei az x helyen: x f x) cos 5x f x) 5sin 5x f x) 5 cos 5x 5 f x) 5 sin5x f IV x) 5 4 cos 5x 5 4 f V x) 5 5 sin 5x f VI x) 5 6 cos 5x 5 6 Ezeel a behelyettesítéseel a Taylor-sor: Konvergenciasugár: A sorozat általános tagja: f x) 5! x + 54 4! x4 56 6! x6... a n a ) 5 )!. Györitériummal: n 5 an )! 5 )!. Enne a sorozatna a határértée nem látszi azonnal, ezért megpróbálozu a hányadosritériummal is: a +) a 5 +) +))! 5 )! 5, ha. + ) + ) )

Eze szerint a sorozat minden x-re onvergens. Mási módszer: A cos u sorána ismeretében u 5x helyettesítés vissza ell, hogy adja a hatványsort: cos u A helyettesítést elvégezve: ) u )! u! + u4 4! u6 6! +. cos 5x 5! x + 54 4! x4 56 6! x6 +. Vagyis a sor minden x-re onvergens. ) Az f x) sin x cos x függvény hatványsora: Első módszer: Elő lehet állítani a Taylor-sort özvetlenül a deriválta meghatározásával, és behelyettesítéssel. Másodi módszer: Tudván, hogy sinxcos x sin x: sin u ) u + + )! u u u! + u5 5! u7 7! + u9 9!. Behelyettesítés után: Harmadi módszer: sinx x! x + 4 5! x5 6 7! x7 + 8 9! x9. A cos t sorából tagonénti integrálással is meghatározható a Taylor-sor, hiszen f x) A cos t sora: x cos t dt sin x. cos t! t + 4 4! t4 6 6! t6 +. Tagonénti integrálással: Konvergenciasugár: Hányadosritériummal: x sinx x! + 4 x 5 4! 5 6 x 7 6! 7 +. a + a +)! )!, ha,

tehát a sor minden x-re onvergens. ) f x) cos x sorbafejtése: A lehetséges módszere özül legegyszerűbbne tűni, ha cos u sorába u x helyettesítéssel állítju elő a ívánt hatványsort. cos u cos x Konvergenciasugár: ) u )! u! + u4 4! u6 6! + ) x )! x! + x 4! x 6! + x4 8! a + a +)! )!, ha. + ) + ) Minden x-re onvergens, de x ell legyen! 4) f x) cos x ) sorbafejtése az x helyen: 4 Táblázattal: x x f x) cos x ) f IV x) cos x ) 4 4 f x) sin x ) f V x) sin x ) 4 4 f x) cos x ) f VI x) cos x ) 4 4 f x) sin x ) f VII x) sin x ) 4 4 Tehát a hatványsor: cos x ) 4 + Konvergenciasugár: n x! a n+ a n x! ) n [ x n n)! + n+)! n)! x! + ]. xn+ n + )! x 4 4! +, ha n, n + tehát minden x-re onvergens a sor. < x < + ) x 5 5!

5) f x) sin x hatványora az x helyen: Első lehetőség: Táblázattal: x f x) sin x f x) sin xcos x sinx f x) cos x f x) 4sin x f IV x) 8cos x 8 f V x) 6sin x f VI x) cos x f VII x) 64sin x f x)! x 8 4! x4 + 6! x6 + Konvergenciasugár: a n+ a n n+ n+)! n+ n)! n ) n n+ n + )! xn+. 4, ha n, n + ) n + ) tehát minden x-re onvergens a sor. < x < + ) Mási lehetőség: A sin x sorfejtésével; cos u sora ismeretében, u x helyettesítéssel: cos x { cos x} { Harmadi lehetőség: } ) )! x +! x 8 4! x4 +... ) + + )! x+. f x) sin x ismeretében felírju sin u sorát, majd u t helyettesítéssel sin t sorát, majd tagonént integrálun: sinu ) u + + )! sint ) + + )! t+. 4

x sin x sin t dt alapján sin x ) + x + + )! + ) + + )! x+. 6) f x) e x hatványsora az x helyen: Első lehetőség: Táblázattal: x f x) e x f x) xe x f x) e x + x) e x f x) 4xe x + 8xe x x) e x f IV x) e x 4x e x 4x e x x) 4 e x Innen a hatványsor: e x! x + 4! x4 +... x! + x4! +... Ez a módszer igen so munát igányel, nem elég hatéony. Mási lehetőség: e x sora alapján. e x hatványsora: e x x, < x < + ).! e x hatványsora: e x ) x!. e x hatványsora: e x ) x x!! + x4!. Konvergenciasugár nyilván < x < +. 7) f x) e x hatványsora az x helyen: Minthogy e x e x, ezért e u sorában u x helyettesítéssel apju a ívánt sorfejtést. A onvergenciatartomány itt is nyilvánvaló < x < + ): e x 8) f x) sh x sorfejtése az x helyen: Az shu sorfejtése alapján dolgozun: x!. 5

u f u) shu f u) ch u f u) sh u f u) ch u f IV u) sh u Innen: shu! u +! u + 5! u5 +... u + + )!. Nyilvánvaló, hogy a onvergencia-tartomány < u < +. Innen: sh x x) + + )!, ugyancsa < u < + onvergencia-tartománnyal. 9) f x) ch x sorfejtése az x helyen: A ch x ch x + alapján és a ch x sorfejtését felhasználva: u f u) ch u f u) sh u f u) ch u f u) sh u f IV u) ch u ch u +! u + 4! u4 + 6! u6 +... u )!. Nyilvánvaló, hogy a onvergencia-tartomány < u < +. ch x x )! + x )! ch x ch x + + Konvergencia-tartománya < x < +. + )! x 6

) f x) + x) hatványsora az x helyen. x f x) + x) f x) + x) f x) 6 + x) 6 f x) 6 6 f IV x) Innen a + x) +! x + 6! x + 6! x + x + x + x polinom adódi, ami a öbreemelés eredménye. ) f x) + x) hatványsora az x helyen: Binomiális sorfejtéssel: + x) ) ) x x + 6x x +... + ) ) )... + ).! Konvergenciassugár meghatározása: a n+ a n n! n + n + n +, }{{}}{{} )))...n+)n) n+)! )))...n+) tehár R. A onvergencia-tartomány: < x <. ) f x) + x) hatványsora x helyen: Binomiális sorfejtéssel: + x) ) x +... ) x + x 9 x + 5 8 x +... 7

Két példa a binomiális együtthatóra: ) ) ) ) ) )! A onvergenciatartomány meghatározása: a n+ a n ) ) n n+ ) ) n+) n!n+) ) ) n+) n! )! 9 ) ) 5! Innen R, a onvergencia-tartomány: < x <. ) f x) ln + x) sorbafejtése az x helyen: Táblázattal: Innen az ln + x) Taylor-sora: ugyanis 4) f x) + x 9! 9 7 6 5 8 n 4 n + n + n + n +. x f x) ln + x) f x) + x f x) + x) f x) + x) f IV 6 x) + x) 6 6 ln + x) ) x!, ln + x)! x! x +! x 6 4! x4 +... x x + x x4 4 +... + ) x! +... sorfejtése az x helyen: 8

Minthogy +x {ln + x)}, ezért az előbbi sort tagonént differenciálva apju a ívánt sorfejtést: + x ) ) x ) x ) x.! Konvergenciasugár: R, tartomány: < x <. 5) f x) sorfejtése az x helyen. x A sorfejtéshez szüséges deriválta: f x) x x ) f x) x ) + x x ) x x ) 4 x + 8x x ) + 6x x ) f x) x x ) + + 6x ) x ) x x ) 6 x x + x + 6x x ) 4 f IV x) 4x + 4x x ) 4 ) 4 + 7x x ) 4 ) + 4 x ) x 4x + 4x x ) 8 4 4x + 7x 7x 4 + 9x + 9x 4 + x) 5 x4 + 4x + 4 x ) 5 Eze értéei az x helyen rendre: f x ) ; f x ) ; f x ) ; f x ) ; f IV x ) 4. Innen a érdéses Taylorsor: + x ) +! x + 4 4! x4 +... + x + x 4 +... x. A onvergencia-tartomány: < x <. x 6) f x) + x sorfejtése az x helyen ) Mivel [ ln + x )] x + x, ezért ln + x ) sorána tagonénti differenciálásával nyerjü a ívánt sorfejtést. Vagyis a. feladat alapján: ln + x ) ) x 9 < x < ).

Tehát: x + x ) x +. A onvergencia-tartomány: < x <. 7) f x) sorfejtése az x helyen. x) Első lehetőség: x) binomiális sorfejtésével: ) x) x ) + + x + 4x +... Másodi lehetőség: A 4. feladat alapján. x x sorfejtésből, alapján, tagonénti differenciálással: x) x + )x. Konvergencia-tartomány: < x <. 8) f x) ln x) sorfejtáse az x helyen. x ln x) x dx + ) x. ) x x) alapján és sorából 7. feladat). A övetező ifejezést tagonént x integrálju: x x. Ebből apju: ln x) Konvergencia-tartomány: < x <. x + + x. 9) f x) ln x ) sorfejtése az x helyen. Első lehetőség: x x < x < ) sorból. ln x ) x x x dx

felhasználásával x)-szal szorozva és tagonént integrálva) Innen: ln x ) x x x +. A onvergencia-tartomány: < x <. x+ + x +) +. Másodi lehetőség: ln x ) ln x) + x) ln x) + ln + x) alapján, a ln x) és ln + x) sorána összegeént.. és 8. feladat.) ln + x) ) x ln x) Ezen soro összege: x x x + x x4 4 + x5 5 +... x x x x4 4 x5 5... ln x ) x x4 4 x6 6... x +) +. ) f x) ln + x ) sorfejtése az x helyen ln + x) ) x, < x < ) sor alapján. feladat): ln + x ) ) x, ugyancsa < x < onvergencia-tartománnyal. + x ) f x) ln sorfejtése az x helyen: x + x ln x ln + x) x) alapján: ln + x) ln x) ) x ) x x + x x4 4 +... x x x x x4 4... )

Innen: ln + x x ) x + x + x5 5 +... x + + Konvergencia-tartomány: < x <. ) f x) arc tg x sorfejtése az x helyen: Az arusz tangens deriváltját fejtjü sorba, majd tagonént integrálun: Innen: arc tg x) + x ) x, < x < ) arc tgx x A onvergencia-tartomány: < x <. + x dx ) x + + Írju fel az alábbi függvénye Taylor-sorfejtését az x helyen. ) f x) e x sorfejtése az x helyen: Táblázattal: x f x) e x f x) e x f x) e x f x) e x f IV x) e x e e e e e Innen a érdéses sor: e x e + e! x ) + e! x ) +... + e! x ex ) ) +...! A onvergencia-tartomány: < x < + 4) f x) lnx sorfejtése az x helyen: Táblázattal:

x f x) lnx f x) x f x) x f x) x x 4 x f IV x) 6x x 6 6 x 4 6 Innen az lnx sora: lnx +! x ) + x ) ) + ) 4 x ) +!! + ) 5 6x ) 4 +... + ) + + )!x ) 4!! ) + x ) Konvergenciasugár: a n+ a n n+ n n n + Tehát R, a onvergencia-tartomány eze szerint < x, ugyanis x -nál az lnx deriváltjai nincsene értelmezve. 5) f x) x x sorfejtése az x helyen: Táblázattal: Innen a övetező polinom adódi: f x) 4 + x f x) x x 4 f x) 6x f x) x 6 f x) f IV x) x ) + x + x ) ) 6) f x) x + x + sorfejtése az x helyen:

Első lehetőség: A Taylor-formula alalmazásával, deriválással, táblázattal. A deriválást az x + x + átalaítással végezzü. x + Másodi lehetőség: A övetező mértani sor felhasználásával: x + x + x + + x + ) [ ] x + ) + x + ) x + ) +... + ) + x + ) A onvergencia-sugár: R A onvergencia-tartomány: a n+ a n x + ) n+ x + ) n x + < Innen < x + <, azaz < x <. 7) f x) x + x + sorfejtése az x helyen: x + x + x + x + x + + x + ) + x+ A másodi tag egy q x + hányadosú mértani sor összege. Emiatt: [ x + x + x + x + ) + 4 ) + x + ) A onvergencia-sugár: R x + ) 8 +... + ) A onvergencia-tartomány: [ R; + R], azaz < x <. ] x + ) +... 8) f x) + x sorfejtése az x helyen: A -gal jelölt helyen a q x + hányadosú mértani sor összegépletét 4

használtu fel. f x) + x + x ) + x [ x ) ) x x + +...] ) n x ) n n+ n Konvergencia-tartomány: x < x < < x < 5 9) Felírandó az y tgx függvény 6-odfoú Taylor polinomja az x helyen: Az f x) függvény Taylor-polinomja: T n x) f x )+ f x )! x x )+ f x )! x x ) +...+ fn) x ) n! a övetező éplet szerint özelíti meg az f x) függvényt: Az egyes deriválta: H f x) T n x) x x n+ n + )! max f n+) x) x,x ) x x ) n dy dx cos x sin x + cos x cos + tg x + y x d y dx d + x ) yy dx d x dy d dx yy ) y ) + yy y 4) d ) dx y + yy y y + y y + yy ) y 5) d dx y y + y y + yy ) y + y y + y y + yy 4)) y 6) d 6y + 8y y + yy 4)) y y + 8y y + 8y y 4) + y y 4) + yy 5) dx 5

Az egyes deriválta értéei az x helyen: Innen a Taylor-polinom: y ) y ) y ) y ) y IV) ) y V) ) 6 y VI) ) T 5 x) T 6 x) x! + x x5 + 6! 5! x + x + 5 x5 ) Írju fel az y cos x függvény Maclaurin sorát! cos z z! + z4 4! +... + )n z n n)! +... Ezzel a érdéses sor némi átalaítás után: y cos + cos x x + cos x + x + 4 x 4... + ) n n x n )! 4! n)! Ez a sor is onvergens a < x < számözben, mert a maradétag -hoz tart, ha n. Ugyanis tetszőleges x esetén x)n, ha n. n! Váltaozó előjelű sor esetében a hiba isebb, mint a legelső figyelembe nem vett tag.) Hasonló módon adódi, hogy sin x x! 8x4 4! sor is a < x < számözben onvergens. ) Felírandó az y x +... + ) n n x n +... n)! függvény Taylor-sora x helyen). 6

A binomiális sorfejtés értelmében: x ) ) + x + + ) x ) + ) x ) n +... + x ) + n ) n + ) x ) n +... n! + x + 4 x4 +... + ) x ) +...+ ) ) n ) x n +... 4 n) A sor a < x < intervallumon mindenütt onvergens. x ) +...+ ) Számítsu i az y ch 4x hatodfoú özelítő Taylor-polinomját a hely özelében! A szüséges deriválta és azo értéei az x helyen: Innen a Taylor-polinom: x f x) ch 4x f x) 4sh 4x f x) 4 ch 4x 4 f x) 4 sh 4x f IV) x) 4 4 ch 4x 4 4 f V) x) 4 5 sh 4x f VI) x) 4 6 ch 4x 4 6 T 6 x) + 4! x + 44 4! x4 + 46 6! x6 Ugyanehhez az eredményhez jutun, ha az y ch u sorában u helyett 4x-et írun: T 6 u) + u! + u4 4! + u6 6!, ahonnan egyszerű behelyettesítés után apju a ívánt sort. ) Meghatározandó az y e x függvény n-edfoú Taylor-féle polinomja a hely özelében. Az y e u Taylor-polinomja u -ra ismert: e u + u! + u! 7 +... + un n! +...

Itt u helyébe x ) -et helyettesítve: ) ) x x ) x n T n x) + + +... +,!! n! tehát a érdéses sor: T n x) ) x ).! 4) Határozzu meg az y lnx n-edfoú polinomját az pont örnyezetében! x f x) lnx f x) x f x) x. f n) x) ) Eze alapján a Taylor-polinom: n+ n). x n ) n+ n ) T n x)! x )! x ) +!! x ) +...+ + ) n+ n )! n x ) n ) + x ) n! Néhány fontosabb függvény végtelen Taylor-sora és azo onvergencia-intervallumai: e x sinx cos x sh x x, < x < + )! ) x +, < x < + ) + )! ) x, < x < + ) )! x +, < x < + ) + )! 8

x ch x, < x < + ) )! ln + x) ) x, < x < ) ar th x ln + x x x +, < x < ) + 5) Meghatározandó T 4 x), ha f x) Mivel + x. + x), ezért a itevő n. A binomiális együttható + x iszámítása: ) n n ) n ) n ) ) n! n ) n 4 nn ) ) nn ) n ) 5 ) ) 5 48 5 6 nn ) n ) n ) 4 5 6 Tehát a Taylor-sor: 7 4 5 6 7 8 5 8 8 ) ) ) 5 6 ) 4 T 4 x) x + 8 x 5 6 x + 5 8 x4. 6) Meghatározandó az e értée ét tizedes pontossággal. Az f x) e x sora az x helyen, és x -et helyettesítve: e +! +! +... + n! +... A ét tizedesjegyű pontosság matematiai feltétele: e +! +! n!) +... + H <,5. 9

A hibaéplet szerint: H < x x n+ n + )! max x fn+) x),,x) tehát minthogy x és x, f n+ x) < a,)-ban, ezért H < n+ n + )! n + )! <,5 5, tehát 6 < n + )!, 5 ahonnan n 5, hiszen n + )! 6! 7. T 5 x)-szel számolva: T 5 x) + x! + x! + x! + x4 4! + x5 5! + + + 6 + 4 + +,5 +,667 +,47 +,8,767 7) Meora szaaszon helyettesíthető az y ch x görbe másodfoú parabolával, ha előírju, hogy a hiba isebb legyen, mint 5? A hibatag: ) ch x + x x4! 4! max x4 ch x <,x) 4! ex < x4 x <,5. 4! A helyettesítés azon az x < x < x szaaszon tehető meg, ahol x ielégíti az x 4 x 4!,5, azaz a x 4 x, egyenletet. Ezt csa özelítő módszerrel lehet megoldani, mely alapján x,5 és,6 özé esi. Fourier-soro Lényegében elegendő, ha csa a szerint periodius függvénye Fourier-sorával foglalozun. A Fourier-sorfejtés az adott szerint periodius függvény az alábbi függvénysort jelenti: f x) a + a cos x + b sinx),

ahol az egyes együttható: a a b f x) dx f x) cos xdx f x) sinxdx. Könnyen belátható, hogy páros függvénye esetében b, valamint páratlan függvénye esetében a. ) Legyen f x) x, ha < x < és f x + ) f x),, ±, ±,...). Ábrázolju f x)-et és írju fel a Fourier-sorát! y x 4 5 Az együttható: a a xdx [ xcos xdx [ x sinx ] }{{} x ] [ ] sin x x [ cos x ]. sin x dx

A b együttható: b xsin xdx cos + [ ] cos x x }{{} { ] [ sin x cos } {{ } cos ) } cos. + cos x dx A Fourier-sor tehát: [ sin x f x) sin x + sinx x n ) n+ sinnx n. +... + ) n+ sin nx n ] +... {, ha < x ) Legyen f x) és f x) f x + ),, ha < x, ±, ±,...). Ábrázolju az f x) függvényt, és határozzu meg a Fourier-sorát! y 4 5 x

Az együttható: a a f x) dx f x) cos xdx dx [x] cos xdx b f x) sinxdx sinxdx { [cos + ], ha páros, ha páratlan. A Fourier-sor: f x) sinx + + n + sinx sin n + ) x. n + +... + sin n + ) x n + [ sin x ] [ ] cos x ) +... {, ha < x ) Legyen f x) és f x) f x + ), x, ha < x, ±, ±,...). Ábrázolju az f x) függvényt, és határozzu meg a Fourier-sorát! y 4 5 x

Az a együttható: a a f x) dx f x) cos xdx xdx [ x ] xcos xdx 4 {, ha páros, ha páratlan. A b együttható: b f x)sin xdx xsin xdx {, ha páros, ha páratlan. A Fourier-sor: f x) 4 cos x+sin x sinx 9 cos x+ sin x 4 sin4x+... {, ha < x 4) Legyen f x) és f x) f x + ), x, ha < x, ±, ±,...). Ábrázolju az f x) függvényt, és határozzu meg a Fourier-sorát! y x 4 5 A részletes számításo nélül özöljü az eredményeet. Az a együttható: a a n cos n n { n, ha n páros, ha n páratlan 4

A b együttható: b n n cos n) { n n, ha n páros, ha n páratlan A Fourier-sor: f x) 4 cos x + sin x sin x 9 cos x + sinx... { x, ha x < 5) Legyen f x) és f x) f x + ), x, ha x <, ±, ±,...). Ábrázolju az f x) függvényt, és határozzu meg a Fourier-sorát! y x 4 5 Az együttható: a { a n 4 n, ha n páratlan, ha n páros b n { 4 n, ha n páratlan, ha n páros. A Fourier-sor: f x) 4 4 cos x + sin x 9 cos x + 4 sin x +... 6) Legyen f x) x, ha x ],] és f x) f x + ),, ±, ±,...). Írju fel a Fourier-sorát! 5

A függvény páros, tehát b n. a { 4 n, ha n páratlan a n, ha n páros. A Fourier-sor: f x) + 4 ) n cos nx. n {, ha < x 7) Legyen f x) és f x) f x + ), x, ha < x, ±, ±,...). Írju fel a Fourier-sorát! A Fourier-sor: f x) cos x + n a a n ) n { n n, ha n páros b n n 4 n, ha n páratlan. 8) Legyen f x) sin x. Írju fel a Fourier-sorát! 4 ) sin x + 4 cos x sin x +... y x 6

A sinx páros függvény, tehát b. Az a együttható: a a sin x dx sinx cos xdx { cos + ) A -gal jelölt egyenlőség részletesen: sin x cos }{{ x } sin x [ sin x sinx ] dx sinx sinxdx [cos x] sinxcos xdx, ha páratlan 4 ) sinx cos x cos x +, ha páros sin x cos x dx }{{ } cos x [ ] sin xcos xdx. Az első és utolsó ifejezés egy egyenletet alot, amiből átrendezéssel meghatározható a -gal jelölt egyenlőségben a határozott integrál: ) Vagyis a Fourier-sor: sinxcos xdx [ sin x sinx ] cos x cos + ) + cos x. sin x 4 cos x 4. { sinx, ha x < 9) Legyen f x) és f x) f x + ),, ha x <, ±, ±,...). Írju fel a Fourier-sorát! Az a együttható: a f x) dx sin xdx [cos x]. Az a együttható meghatározásához felhasználju az előző feladat -os átalaítását: a sinx cos xdx cos + ) { 7 sin xcos xdx, ha páratlan ), ha páros..

A b együtthatóat hasonlóan fogju meghatározni, azzal a ülönbséggel, hogy a határozott integrálra felírt egyenletnél az átrendezésnél iötéssel ell, hogy éljün: b f x)sin xdx A sin xsin x primitív függvénye: sin x sin }{{ x } dx sinx cos x [ ] ) cos x + ) cos x sinx + cos x sinx + sinxsin xdx. cos x cos x dx }{{ } sin x [ ] sinxsin xdx. Innen átrendezéssel ): ) cos x sin xsin xdx sin x + cos x sinx. Ebből a határozott integrállal a b együttható ): b sinxsin xdx [ cos xsin x sin xcos x) ]. Ha, aor a b egyszerűbb, és ráadásul nem, vagyis ez egy lényeges iötés volt: b sin xdx Tehát a Fourier-sor: cos x dx f x) + sin x + [ ] x sin x 4. cos x 4. ) Legyen f x) sin x. Határozzu meg a Fourier-sorát! A függvény páros, tehát b. Az a az előző feladat alapján: Az a együttható: a sin xdx a sin xcos xdx 8 sin xdx.

sin xcos xdx cos x cos xdx cos xdx cos xcos xdx [ ] sinx }{{} cos xcos xdx. Az eredményben szereplő határozott integrált hasonlóan határozzu meg, mint az előző ét feladatban: cos x cos }{{ x } dx sin x [ ] sin x sinx }{{} dx cos x [ ] [ cos x sinx ] } {{ } [ sinx + sin x sinx dx ] cos x }{{} + 4 cos xcos xdx. Az első és utolsó ifejezést egyenlővé téve és átrendezve a iötéssel élve az alábbi egyenletet apju: 4 ) Innen az övetezi, hogy esetén Ha azonban, aor az együttható: a cos xdx. cos xcos xdx. cos xcos xdx, vagyis a. + cos 4x dx [ ] x sin 4x + 8 Összefoglalva: a, a, a, a,..., a. A Fourier-sor: f x) sin x cos x, vagyis a sor egy véges trigonometrius polinom. ) Legyen f x) sin xcos x. Határozzu meg a Fourier-sorát! Az f x) függvény páros, ezért b. Az a együttható: a sin xcos xdx 9 sin cos xdx 4,

ugyanis sin xcos xdx [ ] sin x 4 4 cos x 4 + + 4. Az a együttható: a cos xdx [ sinx + cos 4x) dx x 4 4 sin xcos xcos xdx cos x. Először egy átalaítást végzün el az intergrandusban: sin cos x xcos x cos x 4 Ezzel az eredeti ifejezés: a cos x cos x cos x cos 4x. 4 I dx cos xcos xdx }{{}, ha, ha dx ] sin 4x 6 cos x sin } xcos {{ xcos x } dx I cos xdx } {{ } sin x [ ] cos x +cos 4x dx cos 4xcos xdx. }{{}, ha 4, ha 4 Tehát a 4, a, a, a, a 4 4, a 5, a 6,..., a. Vagyis a Fourier-sor a véges trigonometrius polinom. sin xcos x 4 + cos x cos 4x 4 ) Legyen f x) sin 4x. Határozzu meg a Fourier-sorát! A függvény páros, tehát b. Az a együttható: a sin 4 xdx [ sin x ] ) cos x dx dx 4 cos x + cos x ) dx 4 [x sin x] + 4 4 [x sin x] + [ x 8 ] + [ ] sin4x 4 + 8 + 8. + cos 4x dx

A többi a iszámításához az alábbi átalaítást használju fel: ) cos x +cos 4x sin 4 cos x + x 4 8 cos x + cos 4x. 8 Ezzel az a együttható: a sin 4 xcos xdx 8 [x] cos xcos xdx+ cos 4xcos xdx, 8 }{{}}{{}, ha, ha, ha 4 8, ha 4 ahonnan a 8, a, a, a, a 4 8, a 5, a 6,..., a. A Fourier-sor a véges trigonometrius polinom. sin 4 x 8 cos x + cos 4x 8 ) Legyen f x) e x, ha < x és f x + ) f x),, ± ±,...). Állítsu elő a Fourier-sorát! ugyanis a a e x dx [ex ] e x cos xdx e e x x sin x cos xdx e x sin x x cos x e + e e ) +, e x sinxdx e x cos xdx. Innen az eredeti integrál meghatározható átrendezéssel, azaz a övetező egyenlet megoldását ell visszaírnun az a -ra felírt ifejezésbe: + ) { } sinx e x cos xdx e x cos x +, ahonnan övetezi, hogy e x cos xdx e + [ e x + + { sinx + ) }] cos x e + ) a.

A b együttható: b e x sinxdx. Az integrál primitív függvényét ismét egy egyenlet felírásával apju meg: e x x cos x sin xdx e + e x cos xdx x cos x e + e x sinx e x sin xdx, ahonnan az egyenlet: + e x x cos x x sin x sinxdx e + e, vagyis az együttható: b A Fourier-sor pedig: [ e ] x sin x cos x) + + e x e e [ ] + cos x sin x + +. Nem, hanem l szerint periodius függvénye Fourier-sorba fejtése: 4) Legyen f x) x, ha < x, és f x + ) f x), Z. Állítsu elő a Fourier-sorát! A periódus: l. Eze szerint az együttható: a l a l b l l l l f x) dx f x)cos x l f x)sin x l [ x xdx dx dx ], xcos xdx, ). xsin xdx,

ahol felhasználtu az alábbi integráloat: [ xcos xdx x sinx ] }{{} [ cos x ) ] [ ] cos x xsinxdx x [ ] + sin x ) }{{} sin x ) cos x. dx dx Innen a Fourier-sor: f x) sinx. 5) Legyen f x) x, ha < x és f x + ) f x), Z. Állítsu elő a Fourier-sorát! A függvény páros, tehát b, a periódus l, azaz l. Az együttható: a x dx [ x x dx ] [ a x cos xdx x sinx sin x x dx }{{} [ ] cos x [ ] cos x ) 4 sin x 4 x ) + 4 dx ) + 4 ) }{{} ] ) 4. A Fourier-sor ezzel: f x) + 4 ) cos x.