Enunciado
Cálculo - Cálculo Volume 2 - 8ª Edição - James Stewart- Ed: 8º - Capítulo 11.11 - Ex. 39
Na Seção 4.8, no Volume I, consideramos o método de Newton para aproximar uma raiz da equação , e a partir de uma aproximação inicial obtivemos aproximações sucessivas onde
Use a desigualdade de Taylor com , e para mostrar que, se existir em um intervalo contendo , e e , para todo , então
[Isso significa que, se tem precisão de casas decimais, então terá precisão de cerca de casas decimais. Mais precisamente, se o erro no estágio for no máximo , então o erro na etapa será no máximo .]
Passo 1
Fala, pessoal! De boa?
Nessa questão, queremos obter desigualdades com o polinômio de Taylor (de ordem ) para demonstrar a desigualdade desejada.
Qualquer função pode ser escrita como sendo:
onde é o polinômio de Taylor de grau e é o resto que se obtém de se aproximar a função pelo polinômio. Para o nosso caso, (o enunciado disse), de forma que ficamos com:
O polinômio de Taylor de grau 1 pode ser escrito como sendo:
O enunciado diz para usarmos e , de modo que ficamos com:
Assim, segue que:
Passo 2
Aqui temos um “pulo do gato”. Sabemos que é a raiz procurada da equação . Assim, necessariamente, devemos ter , concorda? Dessa forma, jogando isso na última equação deduzida, temos:
Reorganizando, temos que:
Vamos dividir os dois lados da equação acima por . Assim:
Observe que agora podemos utilizar a fórmula do método de Newton. A fórmula dada no enunciado é:
Observe que na última fórmula deduzida aparece, justamente, um fator . Que sorte, não? Dessa forma, ficamos com:
Passo 3
Agora, devemos lembrar da desigualdade de Taylor. Sabemos que:
O enunciado fala que , de forma que:
Por outro lado, temos que:
Como o enunciado diz que , então:
Passo 4
Agora, basta combinar a equação (1) na equação (2):
Ou seja,
que é, justamente, a resposta pedida.
Resposta
Demonstração.