1. a) Je dána funkce: f(x) = (1 - cos(x/2)) / x^2. Najděte rozvoj funkce f do mocninné řady se středem v bodě 0 (napište obecný předpis, ze kterého bude patrné, že se jedná o mocninnou řadu a vypište první 3 členy rozvoje). Určete obor konvergence této mocninné řady. b) Určete přibližnou hodnotu integrálu ∫_0^1 g(x) dx, kde g(x) = Σ (n=1, ∞) ((-1)^(n-1) (2n+1)x^(2n)) / n^3 s chybou menší než 1/50. Svou odpověď zdůvodněte! Dále vyjádřete funkci g'(x) jako nekonečnou řadu.
Solution
Let's solve the given problem step by step.
1. a) Power Series Expansion of f(x)=x21−cos2x
Step 1: Expand 1−cos2x into a Taylor series.
Using the Taylor series expansion of cosu around u=0:
cosu=1−2!u2+4!u4−…
For u=2x:
cos2x=1−2!(2x)2+4!(2x)4−…
Thus:
1−cos2x=2!(2x)2−4!(2x)4+⋯=8x2−192x4+…
Step 2: Divide by x2.
f(x)=x21−cos2x=x28x2−192x4+…=81−192x2+…
The first three terms of the power series expansion are:
f(x)=81−192x2+…
Step 3: Determine the radius of convergence.
The series converges where the Taylor series for cos2x converges, which is for all x∈R, as the series for cosine converges everywhere. Hence, the interval of convergence is (−∞,∞).
1. b) Approximate ∫01g(x)dx, where:
g(x)=∑n=1∞n3(−1)n−1(2n+1)x2n.
Step 1: Truncate the series.
We approximate g(x) by considering the first few terms. For n=1,2,3:
g(x)≈13(−1)0(2⋅1+1)x2⋅1+23(−1)1(2⋅2+1)x2⋅2+33(−1)2(2⋅3+1)x2⋅3.
This simplifies to:
g(x)≈3x2−85x4+277x6.