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ich hab folgende Aufgabe:

Ich soll die Produkt/Leibnizregel also: (f·g)(n)=\( \sum\limits_{k=0}^{\infty}{} \) \( \begin{pmatrix} n\\k \end{pmatrix} \) f(k)g(n-k) 

benutzen um folgende Formel herzuleiten:

(xcosh(x))(2n) = (x3 +6n(2n-1)x) cosh(x)+(6nx2 +4n(2n-1)(n-1))sinh(x)


Kann mir hier jemand weiterhelfen?

Ich kann das ja nicht einfach quasi einsetzen und durchrechnen weil ich nicht weiß wie ich das Summenzeichen auflösen kann.

Jede Hilfe wäre super.

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Ich kann das ja nicht einfach quasi einsetzen und durchrechnen

Doch, kannst du. Der Schlüssel ist: Die cosh-Funktion ist zwar beliebig oft differenzierbar, aber der Fakto x^3 liefert nach 3-maligem Differenzieren nur noch 0. D.h. die Summe besteht nur aus 4 Summanden.

Im übrigen ist in der L-Formel die obere Grenze gleich n nicht \( \infty\).

Gruß Mathhilf

Ahja das hatte ich übersehen. Sehr clever, vielen Dank!

1 Antwort

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Aloha :)

Weil \(f(x)=x^3\) ist, verschwindet bereits die vierte Ableitung und die gegebenen Summenformel endet nach \(k=3\). Daher vermute ich, soillen wir hier einfach nur einsetzen:

$$\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}=\sum\limits_{k=0}^\infty\binom{2n}{k}f^{(k)}(x)\cdot g^{(2n-k)}(x)$$

Die Ableitungen von \(f(x)=x^3\) sind:$$f^{(0)}(x)=x^3\quad;\quad f^{(1)}(x)=3x^2\quad;\quad f^{(2)}(x)=6x\quad;\quad f^{(3)}(x)=6$$

Die Ableitungen von \(g(x)=\cosh(x)\) erhalten wir aus der Beobachtung, dass$$\cosh'(x)=\sinh(x)\quad\text{ und }\quad\sinh'(x)=\cosh(x)$$Daher ist nämlich$$g^{(m)}(x)=\left\{\begin{array}{lll}\cosh(x)&\text{falls}& m\text{ gerade}\\\sinh(x)&\text{falls}& m\text{ ungerade}\end{array}\right.$$

Damit haben wir alles zusammen, um die Summe aufschreiben zu können:$$\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}=\binom{2n}{0}\cdot x^3\cdot\cosh(x)+\binom{2n}{1}\cdot 3x^2\cdot\sinh(x)$$$$\phantom{\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}}+\binom{2n}{2}\cdot 6x\cdot\cosh(x)+\binom{2n}{3}\cdot 6\cdot\sinh(x)$$$$\phantom{\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}}=1\cdot x^3\cdot\cosh(x)+2n\cdot 3x^2\cdot\sinh(x)$$$$\phantom{\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}}+\frac{2n}{2}\,\frac{2n-1}{1}\cdot 6x\cdot\cosh(x)+\frac{2n}{3}\,\frac{2n-1}{2}\,\frac{2n-2}{1}\cdot 6\cdot\sinh(x)$$$$\phantom{\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}}=x^3\cdot\cosh(x)+6nx^2\cdot\sinh(x)$$$$\phantom{\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}}+6n(2n-1)\cdot x\cdot\cosh(x)+2n(2n-1)(2n-2)\cdot\sinh(x)$$$$\phantom{\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}}=\left[x^3+6n(2n-1)x\right]\cosh(x)$$$$\phantom{\left(x^3\cdot\cosh(x)\right)^{(2n)}}+\left[6nx^2+4n(2n-1)(n-1)\right]\sinh(x)$$

Avatar von 152 k 🚀

Sehr ausführlich, vielen Dank :D

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