DIFFERENCIÁLSZÁMÍTÁS. 5. Taylor-polinom



Hasonló dokumentumok
LÁNG CSABÁNÉ TELJES INDUKCIÓ, LOGIKA, HALMAZOK, RELÁCIÓK, FÜGGVÉNYEK. Példák és feladatok

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

Szakdolgozat. Készítette: Csuka Anita. Témavezető: Besenyei Ádám, adjunktus

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. Komplex számok (2)

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

FELADATSOROK 3 IX. osztály... 3 X. osztály... 4 XI. osztály... 5 XII. osztály... 7

Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar. Kovács Veronika. Ez is Hungaricum. Szakdolgozat. Témavezető: Szabó Csaba. Budapest, 2013.

GAUSS-EGÉSZEK ÉS DIRICHLET TÉTELE

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Függvények Analízis

Fourier-sorok. néhány esetben eltérhetnek az előadáson alkalmazottaktól. Vizsgán. k=1. 1 k = j.

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 15. EMELT SZINT

Kockázati modellek (VaR és cvar)

1. feladatsor, megoldások. y y = 0. y h = C e x

Róka Sándor. 137 számrejtvény. Megoldások

1/50. Teljes indukció 1. Back Close

Oszthatósági problémák

1. Olvassuk be két pont koordinátáit: (x1, y1) és (x2, y2). Határozzuk meg a két pont távolságát és nyomtassuk ki.

MÉRÉSI EREDMÉNYEK PONTOSSÁGA, A HIBASZÁMÍTÁS ELEMEI

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Jelek és rendszerek előadás

MAJOR ZOLTÁN EGY IZGALMAS SZÉLSŐÉRTÉK- FELADAT CSALÁD. Az izoperimetrikus problémakör FELADATOK - MEGOLDÁSOK

Diszkrét matematika II., 1. el adás. Lineáris leképezések

Matematika Gyakorló feladatok vizsgára 12. évf. emelt szint

MI ILYENNEK KÉPZELJÜK MATEMATIKA

Kezdők és Haladók (I., II. és III. kategória)

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

4. Számelmélet, számrendszerek

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Az iskolák belső világa

Átírás:

DIFFERENCIÁLSZÁMÍTÁS KÉZI CSABA GÁBOR 5. Taylor-polinom 5.. Feladat. Írjuk fel az f(x) = e x függvény x 0 = 0 pont körüli negyedfokú Taylor polinomját! Ennek segítségével számoljuk ki e közelítő értékét! Első lépésben kiszámoljuk a függvény első négy deriváltját, majd meghatározzuk ezek értékeit az x 0 = 0 helyen: k=0 e x k= e x k= 4e x 4 k=3 8e x 8 k=4 e x Az f függvény x 0 pont körüli negyedfokú Taylor polinomja T 4 (x) = f(x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 ) + f (x 0 ) Elvégezve az egyszerűsítéseket (x x 0 ) + f (x 0 ) (x x 0 ) 3 + f (4) (x 0 ) (x x 0 ) 4. 4 T 4 (x) = + (x 0) + 4 (x 0) + 8 (x 0)3 + 4 (x 0)4. T 4 (x) = + x + x + 4 3 x3 + 3 x4. Az e közelítő értékét úgy kapjuk, ha az előbbi Taylor polinom értékét kiszámoljuk az x = helyen: ( ) e T 4 = + ( ) + + 4 ( ) 3 3 + ( ) 4 3 = + + + + 4 = 5 4.

KÉZI CSABA GÁBOR 5.. Feladat. Írjuk fel az f(x) = ln x függvény x 0 = pont körüli harmadfokú Taylor polinomját! Ennek segítségével számoljuk ki ln közelítő értékét! Első lépésben kiszámoljuk a függvény első három deriváltját, majd meghatározzuk ezek értékeit az x 0 = / helyen: k=0 ln x 0 k= x k= x 4 k=3 x 3 Az f függvény x 0 pont körüli harmadfokú Taylor polinomja T 3 (x) = f(x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 ) + f (x 0 ) (x x 0 ) + f (x 0 ) (x x 0 ) 3. ( T 3 (x) = 0 + x ) 4 ( x ) + ( x 3. ) Elvégezve az egyszerűsítéseket ( T 3 (x) = x ) ( x ) + 8 ( x 3. 3 ) Az ln közelítő értékét úgy kapjuk, ha az előbbi Taylor polinom értékét kiszámoljuk az x = helyen: ( ln T 3 () = ) ( ) + 8 ( ) 3 = 3 + 3 = 5. 5.3. Feladat. Írjuk fel az f(x) = arctg x függvény x 0 = pont körüli harmadfokú Taylor polinomját! Ennek segítségével számoljuk ki arctg 0, 9 közelítő értékét! Első lépésben kiszámoljuk a függvény első három deriváltját, majd meghatározzuk ezek értékeit az x 0 = helyen:

DIFFERENCIÁLSZÁMÍTÁS 3 k=0 arctg x π 4 k= +x k= ( + x ) x k=3 ( + x ) 3 4x ( + x ) Az f függvény x 0 pont körüli harmadfokú Taylor polinomja T 3 (x) = f(x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 ) + f (x 0 ) (x x 0 ) + f (x 0 ) (x x 0 ) 3. T 3 (x) = π 4 + (x ) 4 (x ) + (x )3. Az arctg 0, 9 közelítő értékét úgy kapjuk, ha az előbbi Taylor polinom értékét kiszámoljuk az x = 0, 9 helyen: arctg 0, 9 T 3 (0, 9) = π 4 + (0, 9 ) 4 (0, 9 ) + (0, 9 )3 0, 7374. 5.4. Feladat. Írjuk fel az f(x) = e x függvény x 0 = 0 pont körüli n-edfokú Taylor polinomját és Lagrange-féle maradéktagot! Adjuk meg az e közelítő értékét négy tizedesjegy pontossággal! Az f(x) = e x függvény minden deriváltja e x, melynek a 0 helyen a helyettesítési értéke. A függvény x 0 pont körüli Taylor polinomja T n (x) = f(x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 ) + f (x 0 ) (x x 0 ) +... + f (n) (x 0 ) (x x 0 ) n. n! T n (x) = + (x 0) + (x 0) +... + n! (x 0)n = + x + x +... + n! xn. A maradéktag Mivel e ξ, ahol ξ [0, ]. (n + )! e ξ (n + )! < 4 (n + )!. A megkövetelt pontosság azt jelenti, hogy a maradéktagra teljesülnie kell, hogy 4 0, 000, (n + )!

4 KÉZI CSABA GÁBOR ami pontosan akkor áll fenn, ha 4 0, 000(n + )!, azaz (n + )! 40.000 kell, hogy teljesüljön. A legkisebb pozitív egész n, ami azt teljesíti a 7. Ekkor az e szám 4 tizedesjegyre pontos értéke e +! +! + 3! + 4! + 5! +! + 7!, 78. 5.5. Feladat. Írjuk fel az f(x) = sin x függvény x 0 = 0 pont körüli Taylor-sorát (azaz a Maclaurinsorát)! Első lépésben kiszámoljuk a függvény első néhány deriváltját, majd meghatározzuk ezek értékeit az x 0 = 0 helyen: k=0 sin x 0 k= cos k= sin x 0 k=3 cos x - k=4 sin x 0 Vegyük észre, hogy minden páros sorszámú derivált értéke 0, így csak a pártalan sorszámú tagok fognak szerepelni a Taylor polinomban. Emiatt a (n + )-edik Taylor polinomot foguk felírni. Az f függvény x 0 pont körüli Taylor polinomja T n (x) = f(x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 ) + f (x 0 ) (x x 0 ) + f (x 0 ) 3! (x x 0 ) 3 +... + f (n) (x 0 ) (x x 0 ) n. n! T n+ (x) = 0+(x 0)+ 0 (x 0) + n 3! (x 0)3 +... = x x3 3! + x5 5! +... = ( ) k (k + )! xk+. k=0 A maradéktag Mivel azonban f (n+3), ezért L n+3 (x) = f (n+3) (n + 3)! (ξ). lim L n+3(ξ) = 0, n így a sin x függvény Taylor sora sin x = k=0 ( ) k (k + )! xk+.

DIFFERENCIÁLSZÁMÍTÁS 5 5.. Feladat. Írjuk fel az f(x) = x 3 + 5x 7x + 3 polinomot x polinomjaként! Mivel a megadott polinom harmadfokú, ezért a negyedik deriválttól kezdve minden további derivált már 0. Mivel x polinomjaként szeretnénk felírni a polinomot, ezért az x 0 = pont körüli Taylor-polinomját írjuk föl az f függvénynek. Első lépésben kiszámoljuk a függvény első három deriváltját, majd meghatározzuk ezek értékeit az x 0 = helyen: k=0 x 3 + 5x 7x + 3 k= 3x + 0x 7 k= x + 0 k=3 Az f függvény x 0 pont körüli harmadfokú Taylor polinomja T 3 (x) = f(x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 ) + f (x 0 ) Elvégezve az egyszerűsítéseket (x x 0 ) + f (x 0 ) (x x 0 ) 3. T 3 (x) = + (x ) + (x ) + (x )3. T 3 (x) = + (x ) + 8 (x ) + (x ) 3.

KÉZI CSABA GÁBOR IRODALOMJEGYZÉK [] Bartha Gábor Bogdán Zoltán Duró Lajosné dr. Gyapjas Ferencné Hack Frigyes dr. Kántor Sándorné dr. Korányi Erzsébet: Matematika feladatgyűjtemény II., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 000. [] Farkas István: Differenciálszámítás gyakorlati jegyzet, Debreceni Egyetem, 005. [3] Gilbert János Sólyom András Kocsányi László: Fizika mérnököknek I-II, Egyetemi Tankönyv, Műegyetemi Kiadó, 999. [4] Nándori Frigyes Szirbik Sándor: Statika oktatási segédlet a Gépészmérnöki és Informatikai Kar Bsc levelezős hallgatói részére, Mechanikai Tanszék, Miskolc-Egyetemváros, 008. [5] Nagyné Kondor Rita Szíki Gusztáv Áron: Matematika eszközök mérnöki alkalmazásokban, Egyetemi jegyzet, Debreceni Egyetem, 0. [] Kovács István Trembeczki Csaba: Sokszínű matematika feladatgyűjtemény, az analízis elemei emelt szint, Mozaik Kiadó, Szeged, 0. [7] Lengyel Csilla Mária: Szélsőérték-feladatok különböző megoldási módszerei, ELTE, szakdolgozat, 0. [8] Simon Anita: Az analízis néhány közgazdaságtani alkalmazása, szakdolgozat, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar, 009. [9] Szentelekiné Dr. Páles Ilona: Analízis példatár, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 0. [0] George B. Thomas Maurice D. Weir Joel Hass Frank R. Giordano: Thomas féle kalkulus I. kötet, Typotex, Budapest, 008.