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Aufgabe: betrachten Sie die durch f:(-∞, 3/2) → ℝ mit f(x)=ln(3-2x) definierter Funktion. Berechnen Sie die zugehörige taylor Reihe von f im entwicklungspunkt x=1 und bestimmen Sie ihren konvergenzradius




Problem/Ansatz:

Die 3 ersten Ableitungen habe ich bereits gemacht:

f'= -2*(3-2x)^(-1)

f''= -4*(3-2x)^(-2)

f'''= -16*(3-2x)^(-3)


Doch wie finde ich heraus wie meine  k-te f^(k) Ableitung lautet ?

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Aloha :)

Die Funktion \(f(x)\) können wir umschreiben$$f(x)=\ln(3-2x)=\ln(3-2(x-1)-2)=\ln(1-2(x-1))$$

Diese Funktion soll um \((x_0=1)\) herum entwickelt werden.

Wir setzen daher \((\pink{x=1+y})\) und entwickeln stattdessen die Funktion$$g(y)=\ln(1-2(\pink{1+y}-1))=\ln(1-2y)$$um den Nullpunkt herum. Dazu stellen wir ihre Ableitung als geometrische Reihe dar$$g'(y)=\frac{-2}{1-2y}=-2\sum\limits_{n=0}^\infty(2y)^n=-\sum\limits_{n=0}^\infty 2^{n+1}\cdot y^n$$

Diese Darstellung existiert, wenn die geometrische Reihe konvergiert, also für \(|2y|<1\).

Integration führt auf die gesuchte Potenzreihe:$$g(y)=C-\sum\limits_{n=0}^\infty2^{n+1}\cdot\frac{y^{n+1}}{n+1}=C-\sum\limits_{n=1}^\infty\frac{2^n}{n}\,y^n$$

Die Integrationskonstante \(C=g(0)=\ln(1)=0\) verschwindet und mit der Rücksubstitution \((\pink{y=x-1})\) erhalten wir die gesuchte Potenzreihe:$$f(x)=-\sum\limits_{n=1}^\infty\frac{2^n}{n}(x-1)^{n}$$

Diese Reihendarstellung ist gültig für \(|2y|<1\) bzw. für \(|x-1|<\frac12\).

Ihr Konvergenzradius ist daher \(\frac12\) und die gültigen Argumente sind \(\frac12<x<\frac32\).

Avatar von 152 k 🚀

Hallo Tschakabumba,

das wäre auch meine Lösung gewesen.

Leider musste ich noch mit einem Vorzeichen kämpfen

und konnte daher nicht schnell genug sein.

Sehr schöne Lösung! Daher ein Daumen.

Wenn nach der k-ten Ableitung gefragt ist. Wie würde die aussehen ?

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Berechne auch noch die 4., 5. und 6. Ableitung, dann siehst du es.

Du bekommst eine Kombination aus Potenzen von 2 und einer Fakultät.

Es wäre besser gewesen, die Faktoren getrennt zu lassen.

f'= -2*(3-2x)^(-1)

f''= -2*(-2)*(-1)*(3-2x)^(-2)

f'''= -2*(-2)*(-2)*(-1)*(-2)*(3-2x)^(-3)

Avatar von 55 k 🚀

Danke für deine Antwort. Ich habe es versucht doch komme immer noch nicht auf die k-te Ableitung

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