Enunciado

Encontre uma representação em série de potências para a função e determine o intervalo de convergência.

f x = 1 x + 10

Passo 1

Faaaaala turminha, tudo bem? Bora lá!

Bom, vamos entender o enunciado juntos? O problema nos forneceu uma função f ( x ) e pediu a sua representação em série de potência, e também que calculemos o raio de convergência associado.

Como podemos iniciar? Pense comigo, ele pediu a série...vamos olhar para a função e ver se se tem alguma semelhança com alguma série que a gente possa reconhecer. E ai? Concorda que lembra um pouco a soma de um serie geométrica infinita?

S = a 0 1 - r

S = ∑ n = 0 ∞ a 0 r n

Assim, nosso objetivo é organizar a função e tentar escrever como uma série. Por fim, avaliarmos a convergência de uma série, sabendo que o módulo da razão r tem que ser menor que 1 para convergir.

Bora iniciar!?

Passo 2

Agora, que tal reescrever a função assim:

f x = 1 10 - ( - x ) = 1 10 1 - - x 10

Observe que ficou muito parecida com a soma da série geométrica:

S = a 0 1 - r

Agora se a gente comparar as duas expressões, a gente consegue identificar o primeiro termo a 0 e a razão r da nossa função representada como série:

a 0 = 1 10

r = - x 10

Então escrita termo a termo, ela fica assim:

f x = 1 10 - 1 100 x + 1 1000 x 2 + …

E isso nos dá exatamente a série de potências:

f x = ∑ n = 0 ∞ 1 10 - x 10   n = ∑ n = 0 ∞ - 1 n 10 n + 1 x n

Passo 3

Show ein!

Agora podemos relacionar a razão com a convergência. Bora lá!?

Sabendo que uma série geométrica converge para

r < 1

Como a razão da série geométrica é - x 10   , temos que ter, pra série convergir:

- x 10 < 1

x 10 < 1

x < 10

Ou seja, o intervalo de convergência é - 10 ,   10 .

Resposta

f x = ∑ n = 0 ∞ - 1 n 10 n + 1 x n

( - 10 ,   10 )

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