関数のべき級数展開

■問題

次の関数をべき級数展開(マクローリン展開)をせよ.

cos x

■ヒント

f ( x ) = cos x とおいて,微分を順次行い f ( 5 ) ( x ) まで導関数を求める.

そして,各々に各々の導関数の x = 0 の値, f ′ ( 0 ) , f ″ ( 0 ) , ⋯ , f ( 5 ) ( 0 ) を求める.

最後に,求めた値を マクローリン展開 の式に代入する.

■答

f ( x ) = cos x とおく.

f ( x ) = cos x     f ( 0 ) = 1
f ′ ( x ) = − sin x     f ′ ( 0 ) = 0
f ″ ( x ) = − cos x     f ″ ( 0 ) = − 1
f ‴ ( x ) = sin x     f ‴ ( 0 ) = 0
f ( 4 ) ( x ) = cos x     f ( 4 ) ( 0 ) = 1
f ( 5 ) ( x ) = − sin x     f ( 5 ) ( 0 ) = 0
・
   
・
・
   
・
・
   
・

すなわち, m=0,1,2,3,⋯ に対して,

f n 0 =   0  n=2m+1   1  n=4m −1  n=4m+2

ゆえに,

cos x = f ( 0 ) + f ′ ( 0 ) x + f ″ ( 0 ) 2 ! x 2 + f ‴ ( 0 ) 3 ! x 3 + ⋯ + f ( n ) ( 0 ) n ! x n + ⋯

= 1 + 0 ⋅ x + − 1 2 ! x 2 + 0 3 ! x 3 + 1 4 ! x 4 + 0 5 ! x 5 + − 1 6 ! x 6 + ⋯

= 1 − 1 2 ! x 2 + 1 4 ! x 4 − 1 6 ! x 6 + ⋯

 

ホーム>>カテゴリー分類>>数列>>級数展開>>問題演習>>関数のべき級数展開

学生スタッフ
最終更新日: 2024年5月28日