ερώτηση σε σειρα Taylor

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
giannisn1990
Δημοσιεύσεις: 262
Εγγραφή: Πέμ Ιαν 08, 2009 11:29 pm
Τοποθεσία: Greece

ερώτηση σε σειρα Taylor

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από giannisn1990 »

Θέλω να ρωτήσω το εξής :
Γνωρίζουμε ότι για |x|<1 ισχύει \displaystyle \arctan x=\int_{0}^{x}\frac{dt}{1+t^{2}}=\int_{0}^{x}\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}t^{2n}dt=\sum_{n=0}^{\infty}\int_{0}^{x}(-1)^{n}t^{2n}dt=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\frac{x^{2n+1}}{2n+1}

ψάχνωντας όμως στην wikipedia είδα ότι ο τύπος αυτός ισχύει και για τις τιμές -1,1

Μπορεί κάποιος να μου πει πως προκύπτει αυτό ?

Ευχαριστώ
Γιάννης

Ετικέτες:
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: ερώτηση σε σειρα Taylor

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

giannisn1990 έγραψε:Θέλω να ρωτήσω το εξής :
Γνωρίζουμε ότι για |x|<1 ισχύει \displaystyle \arctan x=\int_{0}^{x}\frac{dt}{1+t^{2}}=\int_{0}^{x}\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}t^{2n}dt=\sum_{n=0}^{\infty}\int_{0}^{x}(-1)^{n}t^{2n}dt=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\frac{x^{2n+1}}{2n+1}

ψάχνωντας όμως στην wikipedia είδα ότι ο τύπος αυτός ισχύει και για τις τιμές -1,1

Μπορεί κάποιος να μου πει πως προκύπτει αυτό ?

Ευχαριστώ
Γεια σου Γιάννη! Η απόδειξη για αυτό υπάρχει στο βιβλίο απειροστικός λογισμός τόμος ΙΙβ των Νεγρεπόντη-Γιωτόπουλου-Γιαννακούλια στη σελίδα 497. Αν το βιβλίο δεν το έχεις θα κοιτάξω να τη γράψω όσο πιο αναλυτικά μπορώ.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: ερώτηση σε σειρα Taylor

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:Αν το βιβλίο δεν το έχεις θα κοιτάξω να τη γράψω όσο πιο αναλυτικά μπορώ.
Ένιγουέι:
Με T_{n,f,x_{0}} και R_{n,f,x_{0}}(=f(x)-T_{n,f,x_{0}}) συμβολίζουμε αντίστοιχα το πολυώνυμο Taylor τάξης n της f στο x_{0} και το υπόλοιπο Taylor τάξης n της f στο x_{0}.
Επίσης θεωρούμε γνωστό το θεώρημα :
Έστω a<b,\,\,\,n\geq1,\,\,\,f:[a,b]\to\mathbb{R},\,\,\,x_{0}\in[a,b] ώστε οι παράγωγοι μέχρι και n-1 τάξης υπάρχουν στο [a,b] και n τάξης στο x_{0}.
Τότε το T_{n,f,x_{0}} είναι το μοναδικό πολυώνυμο Τ δυνάμεων του x-x_{0} τάξης το πολύ n ώστε
\displaystyle\lim_{x\to x_{0}}\frac{f(x)-T(x)}{(x-x_{0})^{n}}=0.

Με ολοκλήρωση στην \frac{1}{1+t^{2}}=1-t^{2}+t^{4}-\ldots(-1)^{n}t^{2n}+(-1)^{n+1}\frac{t^{2n+2}}{1+t^{2}} έχουμε \arctan x=\displaystyle\int_{0}^{x}\frac{1}{1+t^{2}}dt=x-\frac{x^{3}}{3}+\ldots+(-1)^{n}\frac{x^{2n+1}}{2n+1}+(-1)^{n+1}\int_{0}^{x}\frac{t^{2n+2}}{1+t^{2}}\,dt.
Όμως \displaystyle\frac{|(-1)^{n+1}\int_{0}^{x}\frac{t^{2n+2}}{1+t^{2}}\,dt|}{|x|^{2n+1}}\leq\frac{\int_{0}^{|x|}t^{2n+2}\,dt}{|x|^{2n+1}}=\frac{|x|^{2}}{2n+3}\stackrel{x\to 0}{\longrightarrow} 0, άρα από το παραπάνω θεώρημα T_{2n+1}(x)(=T_{2n+2}(x))=x-\frac{x^{3}}{3}+\ldots+(-1)^{n}\frac{x^{2n+1}}{2n+1} και συνεπώς R_{2n+1}(x)(=R_{2n+2}(x))=(-1)^{n+1}\int_{0}^{x}\frac{t^{2n+2}}{1+t^{2}}\,dt.
Έχουμε R_{2n+1}(-x)=R_{2n+1}(x) και για 0\leq x\leq1 είναι \displaystyle|R_{2n+1}(x)|=\int_{0}^{x}\frac{t^{2n+2}}{1+t^{2}}\,dt\leq\int_{0}^{x}t^{2n+2}\,dt=\frac{x^{2n+3}}{2n+3}\leq\frac{1}{2n+3}.
Έπεται ότι είναι \displaystyle\lim_{n\to \infty}R_{n}(x)=0 για -1\leq x\leq 1 και συνεπώς
\arctan x=\displaystyle\sum_{n=0}^{+\infty}\frac{(-1)^{n}}{2n+1}x^{2n+1} για -1\leq x\leq 1.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
giannisn1990
Δημοσιεύσεις: 262
Εγγραφή: Πέμ Ιαν 08, 2009 11:29 pm
Τοποθεσία: Greece

Re: ερώτηση σε σειρα Taylor

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από giannisn1990 »

Τάσο σε ευχαριστώ πολύ για την τόσο όμορφη απόδειξη !
Γιάννης
Άβαταρ μέλους
Demetres
Γενικός Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 9010
Εγγραφή: Δευ Ιαν 19, 2009 5:16 pm
Τοποθεσία: Λεμεσός/Πύλα
Επικοινωνία:

Re: ερώτηση σε σειρα Taylor

#5

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Demetres »

Ουσιαστικά ο Αναστάσης υπολόγισε το σφάλμα, έδειξε πως τείνει στο 0, και τελείωσε. Θα δώσω μια διαφορετική προσέγγιση.

Ας υποθέσουμε πως κάποιος μας λέει ότι για κάθε x \in (-1,1) ισχύει ότι \displaystyle \arctan(x) = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{2n+1}.

Γνωρίζουμε ότι το \arctan(x) είναι συνεχής συνάρτηση στα -1 και 1. Γνωρίζουμε επίσης ότι η \displaystyle \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{2n+1} συγκλίνει στα -1 και 1 (από D'Alembert). Αν μπορούσαμε λοιπόν να δείξουμε ότι και η σειρά είναι συνεχής στα -1 και 1 (από δεξιά και αριστερά αντίστοιχα) τότε θα τελειώναμε.

Είναι λοιπόν η f συνεχής σε αυτά τα σημεία; Το θεώρημα συγκλισεως του Abel, μας λέει πως είναι.
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: ερώτηση σε σειρα Taylor

#6

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Demetres έγραψε:Ουσιαστικά ο Αναστάσης υπολόγισε το σφάλμα, έδειξε πως τείνει στο 0, και τελείωσε. Θα δώσω μια διαφορετική προσέγγιση.

Ας υποθέσουμε πως κάποιος μας λέει ότι για κάθε x \in (-1,1) ισχύει ότι \displaystyle \arctan(x) = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{2n+1}.

Γνωρίζουμε ότι το \arctan(x) είναι συνεχής συνάρτηση στα -1 και 1. Γνωρίζουμε επίσης ότι η \displaystyle \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{2n+1} συγκλίνει στα -1 και 1 (από D'Alembert). Αν μπορούσαμε λοιπόν να δείξουμε ότι και η σειρά είναι συνεχής στα -1 και 1 (από δεξιά και αριστερά αντίστοιχα) τότε θα τελειώναμε.

Είναι λοιπόν η f συνεχής σε αυτά τα σημεία; Το θεώρημα συγκλισεως του Abel, μας λέει πως είναι.
Πολύ καλό!
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 1 επισκέπτης