どのようにしてマクローリンのf(x)= sinhxの公式を見つけ、それを使って0.01以内のf(1/2)を近似しますか?

どのようにしてマクローリンのf(x)= sinhxの公式を見つけ、それを使って0.01以内のf(1/2)を近似しますか?
Anonim

回答:

#sinh(1/2)~~ 0.52#

説明:

我々はの定義を知っています #sinh(x)#:

#sinh(x)=(e ^ x-e ^ -x)/ 2#

我々はMaclaurinシリーズを知っているので #e ^ x#それを使って次のものを作ることができます #sinh(x)#.

#e ^ x = sum_(n = 0)^ oox ^ n /(n!)= 1 + x + x ^ 2/2 + x ^ 3 /(3!)…#

私達はのためのシリーズを見つけることができます #e ^ -x# 取り替えることによって #バツ##-バツ#:

#e ^ -x = sum_(n = 0)^ oo(-x)^ n /(n!)= sum_(n = 0)^ oo(-1)^ n /(n!)x ^ n = 1 -x + x ^ 2/2-x ^ 3 /(3!)…#

これら2つを引き算して、の分子を見つけることができます。 #シン# 定義:

#color(白)( - e ^ -x)e ^ x =色(白)(….)1 + x + x ^ 2/2 + x ^ 3 /(3!)+ x ^ 4 / (4!)+ x ^ 5 /(5!)…#

#色(白)(e ^ x)-e ^ -x = -1 + xx ^ 2/2 + x ^ 3 /(3!) - x ^ 4 /(4!)+ x ^ 5 /(5! )…#

#e ^ xe ^ -x =色(白)(lllllllll)2x色(白)(lllllllll)+(2x ^ 3)/(3!)色(白)(lllllll)+(2x ^ 5)/(5! )…#

偶数の項はすべてキャンセルされ、奇数の項はすべて2倍になります。このパターンを次のように表すことができます。

#e ^ x-e ^ -x = sum_(n = 0)^ oo 2 /(((2n + 1)!)x ^(2n + 1)#

を完了する #sinh(x)# シリーズでは、これを次の式で割るだけです。 #2#:

#(e ^ x-e ^ -x)/ 2 = sinh(x)= sum_(n = 0)^ oo cancel2 /(cancel2(2n + 1)!)x ^(2n + 1)=#

#= sum_(n = 0)^ oo x ^(2n + 1)/((2n + 1)!)= x + x ^ 3 /(3!)+ x ^ 5 /(5!)…#

今計算したい #f(1 / 2)# 少なくともの精度で #0.01#。この一般形式のラグランジュ誤差は、次のn次テイラー多項式の範囲であることがわかります。 #x = c#:

#| R_n(x)| <= | M /((n + 1)!)(x-c)^(n + 1)|# どこで #M# からの区間のn階導関数の上限 #c##バツ#.

私たちの場合、拡張はMaclaurinシリーズです。 #c = 0# そして #x = 1 / 2#:

#| R_n(x)| <= | M /((n + 1)!)(1/2)^(n + 1)|#

の高次導関数 #sinh(x)# どちらかになります #sinh(x)# または #cosh(x)#。それらの定義を検討すると、 #cosh(x)# 常により大きくなります #sinh(x)#なので、 #M#-行き #cosh(x)#

双曲線余弦関数は常に増加しているので、区間の最大値は次のようになります。 #1 / 2#:

#sinh(1/2)=(e ^(1/2)+ e ^( - 1/2))/ 2 =(sqrte + 1 / sqrte)/ 2 = sqrte / 2 + 1 /(2sqrte)= M #

今度はこれをLagrange誤差範囲に差し込みます。

#| R_n(x)| <=(sqrte / 2 + 1 /(2sqrte))/((n + 1)!)(1/2)^(n + 1)#

欲しい #| R_n(x)|# より小さい #0.01#だから、私たちはいくつか試してみます #n# その点に到達するまでの値(多項式の項の数が少ないほど良い)。それがわかります #n = 3# より小さな誤差範囲を与える最初の値です。 #0.01#したがって、3次テイラー多項式を使用する必要があります。

#sinh(1/2)~~ sum_(n = 0)^ 3(1/2)^(2n + 1)/((2n + 1)!)= 336169/645120 ~~ 0.52#