문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 급수 심화

테일러·매클로린 급수

먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.

CLP-2 · 3.6절 · 53번대학 수준우리말 번역

f(x)f(x) 가 기함수이고, f(x)=∑n=0∞f(n)(0)n!xnf(x)=\displaystyle\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n 이라 하자. 다음을 간단히 하세요. ∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n\displaystyle\sum_{n=0}^\infty \dfrac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}.

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) is an odd function, and f(x)=∑n=0∞f(n)(0)n!xnf(x)=\displaystyle\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n. Simplify ∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n\displaystyle\sum_{n=0}^\infty \dfrac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}.

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정답·풀이 보기
  • 풀이 1: f(x)f(x) 가 기함수이므로 정의역의 모든 xx 에 대해 f(−x)=−f(x)f(-x)=-f(x) 이다. 이를 주어진 거듭제곱급수에 대입한 다음, 차수가 짝수인 항과 홀수인 항을 따로 생각한다.

f(−x)=−f(x)∑n=0∞f(n)(0)n!(−x)n=−∑n=0∞f(n)(0)n!xn∑n=0∞f(2n+1)(0)(2n+1)!(−x)2n+1+∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!(−x)2n=−∑n=0∞f(2n+1)(0)(2n+1)!x2n+1−∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n−∑n=0∞f(2n+1)(0)(2n+1)!x2n+1+∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n=−∑n=0∞f(2n+1)(0)(2n+1)!x2n+1−∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n=−∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n2∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n=0∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n=0\begin{aligned} f(-x)&=-f(x)\\ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(n)}(0)}{n!}(-x)^n&=-\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n\\ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n+1)}(0)}{(2n+1)!}(-x)^{2n+1}+ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}(-x)^{2n}&= -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n+1)}(0)}{(2n+1)!}x^{2n+1} -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}\\ -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n+1)}(0)}{(2n+1)!}x^{2n+1}+ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}&= -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n+1)}(0)}{(2n+1)!}x^{2n+1} -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}\\ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}&= -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}\\ 2 \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}&=0\\ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}&=0 \end{aligned}

  • 풀이 2: 다른 방법으로, 다음을 이용할 수도 있다.

  • f(x)f(x) 의 모든 도함수가 존재하므로 모든 도함수는 연속이다.

  • 기함수의 도함수는 우함수이고, 우함수의 도함수는 기함수이다.

  • 따라서 f(x)f(x) 의 짝수 계 도함수는 연속인 기함수이다.

  • 연속인 기함수는 모두 원점을 지난다. 즉, f(2n)(0)=0f^{(2n)}(0)=0 이다.

  • 따라서 급수의 모든 항은 00 이다.

원본 교재 풀이(영어)
  • Solution 1: Since f(x)f(x) is odd, f(−x)=−f(x)f(-x)=-f(x) for all xx in its domain. We plug this into our power series, then consider the even-indexed terms and the odd-indexed terms separately.

f(−x)=−f(x)∑n=0∞f(n)(0)n!(−x)n=−∑n=0∞f(n)(0)n!xn∑n=0∞f(2n+1)(0)(2n+1)!(−x)2n+1+∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!(−x)2n=−∑n=0∞f(2n+1)(0)(2n+1)!x2n+1−∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n−∑n=0∞f(2n+1)(0)(2n+1)!x2n+1+∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n=−∑n=0∞f(2n+1)(0)(2n+1)!x2n+1−∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n=−∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n2∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n=0∑n=0∞f(2n)(0)(2n)!x2n=0\begin{aligned} f(-x)&=-f(x)\\ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(n)}(0)}{n!}(-x)^n&=-\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n\\ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n+1)}(0)}{(2n+1)!}(-x)^{2n+1}+ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}(-x)^{2n}&= -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n+1)}(0)}{(2n+1)!}x^{2n+1} -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}\\ -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n+1)}(0)}{(2n+1)!}x^{2n+1}+ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}&= -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n+1)}(0)}{(2n+1)!}x^{2n+1} -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}\\ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}&= -\sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}\\ 2 \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}&=0\\ \sum_{n=0}^\infty\frac{f^{(2n)}(0)}{(2n)!}x^{2n}&=0 \end{aligned}

  • Solution 2: Alternately, we could note the following:

  • Since all derivative of f(x)f(x) exist, all its derivatives are continuous.

  • The derivative of an odd function is even, and the derivative of an even function is odd.

  • So, the even-indexed derivatives of f(x)f(x) are continuous, odd functions.

  • Every continuous, odd function passes through the origin. That is, f(2n)(0)=0f^{(2n)}(0)=0.

  • So, every term in the series is 00.

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 2권 · 6장 복습 · 9번우리말 번역

다음 연습문제에서, 주어진 함수의 거듭제곱급수 표현을 구하세요. 그 급수의 수렴 반지름과 수렴 구간을 구하세요.

f(x)=x2x+3f(x)=\frac{{x}^{2}}{x+3}

다 풀었으면 정답 확인

∑n=0∞(−1)n3n+1xn+2\sum_{n=0}^{\infty }\frac{{(-1)}^{n}}{{3}^{n+1}}{x}^{n+2}; 수렴 반지름: 33; 수렴 구간: (−3,3)(-3,3)

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# 테일러·매클로린 급수계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

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