你如何找到MacLaurin的公式为f(x)= sinhx并使用它近似f(1/2)在0.01?

你如何找到MacLaurin的公式为f(x)= sinhx并使用它近似f(1/2)在0.01?
Anonim

回答:

#sinh(1/2)0.52 ~~#

说明:

我们知道的定义 #sinh(x)的#:

#sinh(X)=(E ^ X-E ^ -x)/ 2#

因为我们知道Maclaurin系列 #E 1 X#,我们可以用它来构建一个 #sinh(x)的#.

#E 1 X = sum_(N = 0)^ OOX ^ N /(N!)= 1 + X + X ^ 2/2 + X ^ 3 /(3!)…#

我们可以找到这个系列 #E 1 -x# 通过替换 #X##-X#:

#E 1 -x = sum_(N = 0)^ OO(-x)^ N /(N!)= sum_(N = 0)^ OO(-1)^ N /(N!)的x ^ n = 1的-x + X ^ 2/2的x ^ 3 /(3!)…#

我们可以相互减去这两个来找到分子 ##双曲正弦 定义:

#COLOR(白色)( - E ^ -x)E 1 X =颜色(白色)(….)1 + X + X ^ 2/2 + X ^ 3 /(!3)+ X ^ 4 / (4!)+ X ^ 5 /(5!)…#

#COLOR(白色)(E ^ x)的-e -x ^ = -1 + XX ^ 2/2 + X ^ 3 /(3!) - X ^ 4 /(4!)+ X ^ 5 /(5! )…#

·E ^ XE ^ -x =颜色(白色)(lllllllll)2xcolor(白色)(lllllllll)+(2×^ 3)/(3!)颜色(白色)(lllllll)+(2×^ 5)/(5! )…#

我们可以看到所有偶数项取消,所有奇数项都加倍。我们可以这样表示这种模式:

#e ^ x-e ^ -x = sum_(n = 0)^ oo 2 /((2n + 1)!)x ^(2n + 1)#

完成了 #sinh(x)的# 系列,我们只需要将其除以 #2#:

#(e ^ x-e ^ -x)/ 2 = sinh(x)= sum_(n = 0)^ oo cancel2 /(cancel2(2n + 1)!)x ^(2n + 1)=#

#= sum_(n = 0)^ oo x ^(2n + 1)/((2n + 1)!)= x + x ^ 3 /(3!)+ x ^ 5 /(5!)……#

现在我们要计算 #f(1 / 2)# 准确度至少为 #0.01#。我们知道这个一般形式的拉格朗日误差约束了n阶泰勒多项式 #X = C#:

#| R_n(X)| <= | M /(!(N + 1))(X-C)^(N + 1)|# 哪里 #M# 是来自间隔的第n个导数的上界 #C##X#.

在我们的例子中,扩展是Maclaurin系列,所以 #C = 0##x = 1 / 2#:

#| R_n(X)| <= | M /((N + 1)!)(1/2)^(N + 1)|#

高阶导数 #sinh(x)的# 要么是 #sinh(x)的# 要么 #cosh(x)的#。如果我们考虑它们的定义,我们就会看到 #cosh(x)的# 将永远大于 #sinh(x)的#所以我们应该解决这个问题 #M#-开往 #cosh(x)的#

双曲余弦函数总是在增加,因此间隔的最大值将为 #1 / 2#:

#sinh(1/2)=(E ^(1/2)+ E ^( - 1/2))/ 2 =(sqrte + 1 / sqrte)/ 2 = sqrte / 2 + 1 /(2sqrte)= M #

现在我们将其插入到Lagrange错误界限中:

#| R_n(X)| <=(sqrte / 2 + 1 /(2sqrte))/(!(N + 1))(1/2)^(N + 1)#

我们想要 #| R_n(X)|# 小于 #0.01#,所以我们尝试一些 #N# 值直到我们到达那一点(多项式中较少量的项,越好)。我们发现了 #n = 3的# 是第一个给我们一个小于的误差的值 #0.01#,所以我们需要使用3度泰勒多项式。

#sinh(1/2)~~ sum_(N = 0)^ 3(1/2)^(2N + 1)/((2N + 1)!)=六十四万五千一百二分之三十三万六千一百六十九~~ 0.52#