Enunciado

Use uma série de Maclaurin na Tabela 1 para obter a série de Maclaurin da função dada.

f x = x cos ⁡ 1 2 x 2

Passo 1

Fala, amigos! De boa??

Vamos começar relembrando nossa série de Maclaurin, que é um caso especial da série de Taylor, onde a = 0 . Na série de Maclaurin, uma função é representada como uma soma infinita de termos (que já sabemos que nada mais é que uma série) calculados a partir de suas derivadas em zero. O termo geral da série e seus termos, tem a forma de:

f x = ∑ n = 0 ∞ f n 0 n ! x n = f 0 + f ' 0 1 ! x + f ' ' 0 2 ! x 2 + …

A tabela 1 do nosso livro traz algumas séries de Maclaurin importantes e que são comuns, então o autor compilou e deixou separado pra gente. Nessa tabela temos a função e sua série de Maclaurin correspondente e também já traz o valor do Raio de convergência.

Nesse caso a questão pede para obtermos essa série da função:

f x = x cos ⁡ 1 2 x 2

Na tabela já está pronta a série de Maclaurin para   cos ⁡ x , então vamos partir dela para achar a de x cos ⁡ 1 2 x 2 .

Bora pra nossa resolução!

Passo 2

Olhando a tabela 1, já temos prontinha a forma de Maclaurin para cos ⁡ x :

cos ⁡ x = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 2 n ( 2 n ) !

Então podemos substituir x por x 2 2 no argumento e substituir o cosseno na função do enunciado por uma série

f x = cos ⁡ x 2 2 = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 2 2 2 n 2 n !

Multiplicando os expoentes, e jogando o denominador da fração x 2 2 2 n = ( x 2 ) 2 n 2 2 n   com o denominador da série:

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

Observe que conseguimos adaptar cos ⁡ x   para cos ⁡ x 2 2 , mas estamos procurando a série para x cos ⁡ 1 2 x 2 , então vamos multiplicar por x nossa série:

x cos ⁡ x 2 2 = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 4 n ⋅ x 2 2 n ( 2 n ) !

Fazendo a soma de expoentes: x 4 n ⋅ x = x 4 n + 1 , teremos finalmente nossa série de Maclaurin para f ( x ) :

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

Resposta

f ( x ) = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 4 n + 1 2 2 n ( 2 n ) !

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