A fórmula de Taylor

f(x) = f(a) + f'(a) * (x - a) + (f''(a) / 2!) * (x - a)^2 + ... + (f(n)(a) / n!) * (x - a)^n + (f(n+1)(a) / (n+1)!) * (x - a)^(n+1)

expressa o valor de f em x em termos dos valores de f e suas derivadas em x = a . Em computações numéricas, precisamos, portanto, que a seja um ponto onde conheçamos os valores de f e suas derivadas. Precisamos também que a esteja próximo o bastante dos valores de f em que estamos interessados para que (x - a)^(n + 1) seja tão pequeno que possamos desprezar o resto.

Nos Exercícios 9-14, quais séries de Taylor você escolheria para representar a função próxima do valor dado de x ? (Pode haver mais de uma boa resposta.) Escreva os quatro primeiros termos diferentes de zero da série que você escolher.

14. tg^(-1)(x) próximo de x = 2

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!

Consideremos f x = tg - 1 ⁡ x . Temos que encontrar os valores de f ( x ) perto do ponto x = 2 . O ponto mais próximo de x = 2 é 1 ​ onde podemos facilmente calcular f , os valores de f e suas derivadas. Escolhemos a série de Taylor da função dada em torno de a = 1 . A série de Taylor para a função f ( x ) no ponto a = 1 é dada por

f x = f 1 + f ' 1 x - 1 + f ' ' 1 2 !   x - 1 2 + f ' ' ' 1 3 !   x - 1 3 + …

Passo 2

Agora, nossa missão é encontrar f 1 ,     f ' 1 ,     f ' ' 1   e   f ' ' ' 1 . Diferenciando f ( x ) três vezes, obtemos que

f x = tg - 1 ⁡ x

f ' x = 1 1 + x 2

f ' ' x = - 2 x 1 + x 2 2

f ' ' ' x = 6 x 4 - 4 x 2 + 8 x - 2 1 + x 2 4

Agora, fazendo a substituição de x = 1 , nós temos que

f 1 = π 4

f ' 1 = 1 2

f ' ' 1 = - 1 2

f ' ' ' 1 = 1 2

Passo 3

Portanto, do exposto acima, os primeiros quatro termos diferentes de zero da série de Taylor gerados por f no ponto x = 1 é igual a

f x = tg - 1 ⁡ x = f 1 + f ' 1 x - 1 + f ' ' ( 1 ) 2 ! x - 1 2 + f ' ' ' 1 3 ! x - 1 3 + …

Substituindo os termos

f x = π 4 + x - 1 2 2 - x - 1 2 4 + x - 1 3 12 + …

Resposta

f x = tg - 1 ⁡ x = π 4 + x - 1 2 2 - x - 1 2 4 + x - 1 3 12 + …

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