Enunciado

Determinar o polinômio de Taylor de ordem n , no ponto c dado, das seguintes funções:

f x = c o s 2 x ; c = 0   e π 2 ; n = 6

Passo 1

O polinômio de Taylor de ordem n no ponto c é obtido assim:

P n x = f c + f ' c x - c + f ' ' c 2 ! x - c 2 + … + f n c n ! x - c n

A parte mais trabalhosa é essa de ter que calcular todas as derivadas, mas o aluno Responde Aí não tem medo de conta, então bora lá!

Passo 2

Primeiro vamos calcular todas as derivadas: não vou explicar passo a passo, mas com tudo que aprendemos até aqui vai ficar bem mastigadinho, fica tranquilo. Não esquece da regra da cadeia! Vamos até a derivada de grau 6 , já que queremos o Taylor dessa ordem.

f x = c o s 2 x

f ' x = - 2 s e n 2 x

f 2 ' x 2 ! = 1 2 × ( - 4 c o s 2 x )

f 3 ' x 3 ! = 1 6 × ( 8 s e n 2 x )

f 4 ' x 4 ! = 1 24 × ( 16 c o s 2 x )

f 5 ' x 5 ! = 1 120 × ( - 32 s e n 2 x )

f 6 x 6 ! = 1 7 20 × ( - 64 c o s 2 x )

Então o polinômio de Taylor vai ser:

P 6 x = c o s 2 c - 2 s e n 2 c x - c - 4 cos ⁡ 2 c 2 x - c 2 + 8 s e n 2 c 6 x - c 3 + 16 cos ⁡ 2 c 24 x - c 4 - 32 s e n ( 2 c ) 120 x - c 5 - 64 cos ⁡ ( 2 c ) 720 x - c 6

Simplificando,

P 6 x = c o s 2 c - 2 s e n 2 c x - c - 2 cos ⁡ 2 c x - c 2 + 4 s e n 2 c 3 x - c 3 + 2 cos ⁡ 2 c 3 x - c 4 - 4 s e n ( 2 c ) 15 x - c 5 - 4 cos ⁡ ( 2 c ) 45 x - c 6

Passo 3

No ponto c = 0 , onde tem s e n 2 c fica 0 e onde tem cos ⁡ 2 c fica 1 , e as parcelas x - c vão virar x . Assim:

P 6 x = 1 - 2 x 2 + 2 3 x 4 - 4 45 x 6

Passo 4

No ponto c = π 2 , onde tem s e n ( 2 c ) fica 0 e onde tem cos ⁡ 2 c fica - 1 .

P 6 x = - 1 - 2 ( - 1 ) x - π 2 2 + 2 ( - 1 ) 3 x - π 2 4 - 4 ( - 1 ) 45 x - π 2 6

Arrumando,

P 6 x = - 1 + 2 x - π 2 2 - 2 3 x - π 2 4 + 4 45 x - π 2 6

Resposta

Em c = 0 :

P 6 x = 1 - 2 x 2 + 2 3 x 4 - 4 45 x 6

Em c = π 2 :

P 6 x = - 1 + 2 x - π 2 2 - 2 3 x - π 2 4 + 4 45 x - π 2 6

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