Enunciado

Encontre a série de Maclaurin de f (através de qualquer método) e o seu raio de convergência. Faça o gráfico de f e os seus primeiros polinômios de Taylor no mesmo gráfico. O que você percebe sobre a relação entre esses polinômios e f ?

Passo 1

Olá pessoal, tudo bem?

Nesse exercício iremos analisar a função:

f x = x e - x

Para resolver este problema, primeiro vamos entender a função e, em seguida, definir nossa estratégia de resolução. Vamos utilizar a série de Maclaurin para e x e, em seguida, substituir e x na função f x .

Com o auxílio da Tabela 1, temos que:

e x = ∑ n = 0 ∞ x n n !

Passo 2

Substituindo x por - x , obtemos a série para e - x

e - x = ∑ n = 0 ∞ - x n n !

= ∑ n = 0 ∞ - 1 n . x n n !

Ao multiplicar x pela série de e - x , obtemos a série para f x . No entanto, é importante notar que a potência de x é n + 1 após a multiplicação.

Portanto, a série resultante para f x é:

= ∑ n = 0 ∞ - 1 n . x n + 1 n !

= x - x 2 + 1 2 x 3 - 1 6 x 4 + 1 24 x 5 - 1 120 x 6 + …

E, reescrevendo essa série, podemos ver que o primeiro termo, x , é substituído por   x 2 após a multiplicação por e - x . Portanto, começamos a nova série com x 2 .

Para manter a ordem dos termos, vamos ajustar o índice da soma de n = 0 para n = 1 .

Quando ajustamos o índice de soma, a fórmula x n n - 1 ! Surge porque, ao iniciar a soma de n = 1 , queremos que o primeiro termo corresponda a x 2 , que é x 1 + 1 = x 2 . Para manter essa correspondência, substituímos n por n - 1 no denominador n ! , o que nos dá ( n - 1 ) !

Portanto, a série reescrita para x e - x é:

∑ n = 1 ∞ - 1 n - 1 . x n n - 1 !

Passo 3

Como a série para e x converge para todo x, o mesmo acontece para a série de f ( x ) . Assim, seu raio de convergência é:

R = ∞

O gráfico que compara f e os primeiros polinômios de Taylor é mostrado a seguir:

Através do gráfico é possível notar que T n ( x ) se aproxima de f ( x ) próximo de zero conforme n aumenta.

Resposta

∑ n = 1 ∞ - 1 n - 1 . x n n - 1 !

R = ∞

Através do gráfico é possível notar que T n ( x ) se aproxima de f ( x ) próximo de zero conforme n aumenta.

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