Enunciado

Encontrar o polinômio de Taylor de grau n no ponto c e escrever a função que define o resto na forma de Lagrange, das seguintes funções:

y = e - x 2 ,   n = 4 ,   c = 0

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

Além disso, o resto na forma de Lagrange, como a gente viu, fica assim:

R n x = f n + 1 z n + 1 ! x - c n + 1

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. Em vez do y que ele deu no enunciado, como essa parada é função de x , vamos manter o f ( x ) , ok? Não esquece da regra da cadeia! Vamos até a derivada de grau 4 , já que queremos o Taylor dessa ordem.

f x = e - x 2

f ' x = - 2 x e - x 2

f 2 ' x 2 ! = 1 2 × e - x 2 4 x 2 - 2  

f 3 ' x 3 ! = 1 6 × e - x 2 ( - 4 x ) ( 2 x 2 - 3 )

f 4 ' x 4 ! = 1 24 × 4 e - x 2 4 x 4 - 12 x 2 + 3

Então o polinômio de Taylor vai ser:

P 4 x = e - c 2 - 2 c e - c 2 x - c + e - c 2 2 c 2 - 1 x - c 2 - 2 3 e - c 2 c 2 c 2 - 3 x - c 3 + 1 6 e - c 2 4 c 4 - 12 c 2 + 3 x - c 4

Passo 3

No ponto c = 0 :

P 4 x = e 0 - 2 0 e 0 x - 0 + e 0 2 0 2 - 1 x - 0 2 - 2 3 e 0 ( 0 ) 2 0 2 - 3 x - 0 3 + 1 6 e 0 4 ( 0 ) 4 - 12 ( 0 ) 2 + 3 x - 0 4

Arrumando,

P 4 x = 1 - x 2 + x 4 2

Passo 4

E agora para o resto, falta só a gente achar a derivada de ordem 5 . Já temos a de ordem 4 :

f 3 ' x = 4 e - x 2 4 x 4 - 12 x 2 + 3

Derivando,

f 5 ' x = - 8 x e - x 2 ( 4 x 4 - 20 x 2 + 15 )

Então o resto vai ser:

R 4 x = - 8 z e - z 2 4 z 4 - 20 z 2 + 15 5 ! x - 0 5

Que fica:

R 4 x = - 8 z e - z 2 4 z 4 - 20 z 2 + 15 120 x 5

Resposta

Em c = 0 :

P 4 x = 1 - x 2 + x 4 2

R 4 x = - 8 z e - z 2 4 z 4 - 20 z 2 + 15 120 x 5

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23. Use o valor do Exercício 22 para encontrar um valor aproximado de ∫ 0 1 / 2 s e nx 2d x e estime o erro.
21. Use o polinômio de Maclaurin para a função definida por f x = ln ⁡ 1 + x 1 - x para calcular o valor de ln ⁡ 1,2 com precisao até a quarta casa decimal. Compare o resultado com o do exercício 20.
25. Mostre que a fórmula 1 + x - 1 / 2 ≈ 1 - 1 2 x é precisa até a segunda casa decimal se - 0,1 ≤ x ≤ 0 .
28. (a) Use o polinômio de Maclaurin do primeiro grau para aproximar e k se 0k0,01 . (b) Estime o erro em termos de k.
26. Faça esboços dos gráficos de y = s e n xey = m x no mesmo conjunto de eixos. Note que se m for positivo próximo de zero, então os gráficos interceptam-se num ponto cuja abscissa é próxima de π . S