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Aufgabe:

Berechnen Sie das Taylorpolynom 3. Grades T3 (x) für \(f(x) =\sqrt x\) mit dem
Entwicklungspunkt x0=1. Berechnen Sie mit diesem Polynom näherungsweise \(\sqrt{1,15}\)
und bestimmen Sie die Genauigkeit (Restgliedabschätzung von Lagrange).


Problem/Ansatz:

Hat jemand einen Ansatz? Für den Fall, dass jemand die Lösung schreibt, bitte ich für die Schritte eine Erklärung, da ich die Lösung nachvollziehen und verstehen möchte. Tipps zur Lösung sind selbstverständlich erwünscht.

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Bist du sicher, dass die Funktion \(f(x)=x\) stimmt?

näherungsweise 1,15

Und was steht im Original der Aufgabe?

Danke! Die richtige Version lautet: f(x) =  \( \sqrt{x} \) und \( \sqrt{1,15} \). :)

1 Antwort

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Beste Antwort

Aloha :)

Wir brauchen zunächst ein paar Ableitungen:$$f(x)=x^{1/2}\;;\;f'(x)=\frac12x^{-1/2}\;;\;f''(x)=-\frac14x^{-3/2}\;;\;f'''(x)=\frac38x^{-5/2}\;;\;f''''(x)=-\frac{15}{16}x^{-7/2}$$Damit schreiben wir die Taylor-Entwicklung auf:$$f(x)\approx f(1)+f'(1)\cdot(x-1)+\frac1{2!}f''(1)\cdot(x-1)^2+\frac1{3!}f'''(1)\cdot(x-1)^3$$Der Fehler ist nach Lagrange:$$\Delta f(x)=\operatorname{max}_{\eta\in[1;x]}\left|\frac{1}{4!}f''''(\eta)\cdot(x-1)^4\right|=\operatorname{max}_{\eta\in[1;x]}\left|\frac{15}{24\cdot16}\frac{1}{\eta^{7/2}}\cdot(x-1)^4\right|$$

Wir setzen die Ableitungen in die Taylor-Entwicklung ein und finden:$$f(x)\approx1+\frac12(x-1)-\frac18(x-1)^2+\frac{1}{16}(x-1)^3\quad;\quad\Delta f(x)=\frac{5}{128}(x-1)^4$$Der Fehler gilt nur für \(x\ge1\), da wir das Maximum mit \(\eta=1\) abgeschätzt haben.

Setzen wir nun \(x=1,15\) ein, finden wir:$$\sqrt{1,15}\approx1,072398\quad;\quad\Delta\left(\sqrt{1,15}\right)=0,000020$$

Avatar von 152 k 🚀

Hi, danke für die Antwort. Aber warum beginnt man bei der Ableitung mit x^1/2=

Es ist \(\sqrt x=x^{1/2}\), daher geht es mit \(1/2\) im Exponenten los ;)

Danke :) Wofür braucht man eig. die 4. Ableitung, wenn man doch ein Taylorpolynom 3. Grades hat?

Das ist die Restglied-Abschätzung nach Lagrange... Die ist fast genau der nächste Term der Taylor-Entwicklung ein. Daher brauchen wir für den die 4-te Ableitung. Einziger Unterschied ist, dass man im Fehlerterm das Maximum der Ableitung im Intervall von \(x\) bis zum Entiwcklungspunkt \(x_0\) suchen muss.

... und weil ich gerade mit Desmos übe, anbei der Graph von \(T_3\) (rot), der sich an den Graphen von \(f(x)=\sqrt x\) (blau) anschmiegt:

https://www.desmos.com/calculator/m9edm0drk0

Danke nochmal :) Jetzt noch die letzte Frage, du hast das Eta-Symbol verwendet. Was genau hat es in der oberen Aufgabe für eine Bedeutung?

Das \(\eta\) steht für denjenigen Wert aus dem Intervall \([x_0;x]\), für den der Fehlerterm maximal wird. Im obigen Beispiel steht im Fehlerterm der Faktor \(\frac{1}{\eta^{7/2}}\). Da \(x_0=1\) und \(x=1,15>1\) ist. Ist dieser Term maximal, wenn \(\eta=1\) ist.

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