Enunciado

Use multiplicação ou divisão de séries de potências para encontrar os três primeiros termos diferentes de zero na série de Maclaurin de cada função.

y = sec ⁡ x

Passo 1

E ai turminha! Tudo bem? Bora lá!?

Analisando a questão, percebemos que ela solicita que encontramos os três primeiros termos diferente de zero da série de Maclaurin para a função y utilizando de multiplicação ou divisão de séries de potências.

y = sec ⁡ x

Vish, deu um branco? Como faço isso?

Bom, vamos analisar a Tabela 1 e verificar se encontramos alguma série que se parece com a função y .

Observe que não temos uma série para a função y . Porém sabemos que a secante pode ser escrita como:

sec ⁡ x = 1 cos ⁡ x

E conhecemos a série cos ⁡ x :

cos ⁡ x = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 2 n ( 2 n ) ! = 1 - x 2 2 ! + x 4 4 ! - x 6 6 ! + …

Agora precisamos substituir a série de c o s   x no denominador e fazer as manipulações para encontrar a série da s e c   x .

Passo 2

Conhecemos a série do c o s   x e sabemos que sec ⁡ x = 1 cos ⁡ x , então vamos substituir cos ⁡ x por sua série

sec ⁡ x = 1 cos ⁡ x

cos ⁡ x = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 2 n 2 n ! = 1 - x 2 2 ! + x 4 4 ! - …

Substituindo, então temos que

y = 1 1 - x 2 2 ! + x 4 4 ! - …

Passo 3

Agora vamos ter bastante atenção e calma. Pois, precisamos dividir o numerador 1 pelo denominador 1 - x 2 2 ! + x 4 4 ! + …

Assim, vamos fazer para os três primeiros termos da série do denominador.

O processo vai ser igual a de uma divisão comum de funções, conforme a imagem abaixo. Vamos dividindo até tentar obter resto zero...Mas lembre-se que nossa série é infinita, então nosso resto é infinito também...portanto vamos fazer a divisão até obter três valores no quociente.

Vamos começar. O primeiro valor do quociente é 1 , logo

1                                                                                                                 1 - x 2 2 ! + x 4 4 ! + …

-

  1 - x 2 2 + x 4 24 + …                                                 1                                                                  

0 + x 2 2 - x 4 24 + …                                                                                                              

O segundo valor do quociente é + x 2 2 , logo

1                                                                                                                 1 - x 2 2 ! + x 4 4 ! + …

-

  1 - x 2 2 + x 4 24 + …                                                 1 + x 2 2                                              

0 + x 2 2 - x 4 24 + …                                                                                                              

-

        x 2 2 - x 4 4 + …                                                                                                      

    0 + 5 x 4 24 + …                                                                                              

O terceiro valor do quociente é + 5 x 4 24 , logo

1                                                                                                                 1 - x 2 2 ! + x 4 4 ! + …

-

                                1   - x 2 2 + x 4 24 + …                                             1 + x 2 2   + 5 x 4 24                                              

0 + x 2 2 - x 4 24 + …                                                                                                              

-

      x 2 2 - x 4 4 + …                                                                                                      

-

0 + 5 x 4 24 + …                                                                                              

        5 x 4 24 + …                                                                                      

0 + …                                                                    

Observe que poderíamos ficar dividindo infinitamente, mas paramos no terceiro termo do quociente. Mas porquê?

Pelo motivo do enunciado solicitar somente os três primeiros termos.

Logo, avaliando o quociente da divisão acima temos os três primeiros termos da série como:

y = 1 + x 2 2 + 5 x 4 24 + …  

Resposta

y = 1 + x 2 2 + 5 x 4 24 + …  

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