Restgliedabschätzung bei Taylorreihe

Aufrufe: 994     Aktiv: 12.01.2020 um 20:51

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Guten Abend liebe Mathefreunde,

sitze gerade an einer weiteren Klausuraufgabe in der man die Taylorreihe von \(f(x)= ln(\frac{1}{(2x+5)^3})\) bestimmen soll. \(x_0=2\) und \(|x-2| < 1\).

Ich habe soweit die n-te Ableitung bilden können um das Restglied bestimmen zu können. Bis zu einem gewissen Punkt komme ich, dennoch scheitere ich kurz vor Ende daran, \(\xi\) so zu wählen, dass mein Fehler den größtmöglichen Wert annehmen kann. Damit der Bruch \((\frac{2}{|2\xi+5|})^{k+1}\) so groß wie möglich wird, muss ich doch mein \(\xi\) so klein wie möglich wählen oder nicht? Da mein \(x_0\) den Wert 2 besitzt muss der Wert zwischen x und 2 liegen.

Hier meine bisherige Rechnung:

Ist meine bisherige Rechnung soweit in Ordnung oder habe ich mir an einer Stelle selber ins Knie geschoßen?

Es muss nicht zwingend die Lösung ausgerechnet werden. Für einen Tipp wäre ich viel dankbarer, damit ich selber auf das Ergebnis komme. 

Ich danke euch im Voraus!

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Hallo,

du hast leider einen Vorzeichenfehler.

$$ f'(x) = - \frac {2 \cdot 3} {2x+5} $$

Ansonsten sieht deine Ableitungsvorschrift gut aus, nur das der Vorfaktor damit \( (-1)^n \) ist.

Nun gilt aber \( f^{(k)}(x_0) \). Damit erhälst du 

$$ f^{(k)}(2) = (-1)^k \cdot \frac {3 \cdot 2^k \cdot (k-1)!} {(2 \cdot 2 + 5)^k} = 3 \cdot \left(- \frac 2 9 \right)^k (k-1)!  $$

Und damit erhälst du die Taylorreihe

$$ \sum_{k=0}^{\infty} \frac { 3 \cdot \left(- \frac 2 9 \right)^k (k-1)!} {k!} (x-2)^k =  \sum_{k=0}^{\infty} 3 \cdot \frac {\left( -\frac 2 9 \right)^k} k (x-2)^k $$

Dies ist nun deine Taylorreihe die deine Funktion approximiert. Sollst du noch den Fehler berechnen? Denn Diese Reihe konvergiert für \( n \to \infty \) bereits gegen deine Funktion. Du brauchst also nur einen Fehler zu berechnen, wenn du diese Reihe abbrechen willst. 

Wenn du den Fehler auf jeden Fall berechnen sollst, dann berechne über \( | x-2 | < 1 \) dein Intervall aus dem du \( x \) wählen darfst. Das ist trivialerweise 

$$ x \in (1,3) $$

Mit diesem Intervall ist es schon einfacher den Maximalfehler zu bestimmen, denn wie du schon sagst, wird der Wert größer wenn der Nenner kleiner wird.

Grüße Christian

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Nabend Christian,

vielen danke für deine ausführliche Erklärung! Ich habe die Aufgabe selber noch einmal sauber und in Ruhe nachgerechnet und dort ist mir dann auch der kleine Vorzeichenfehler selber aufgefallen. Durch deine Hilfe und noch einmal beim Prof. nachfragen habe ich dann noch die letzten Schritte gesehen und hinbekommen.

Vielen Dank!
  ─   anonym4fb50 12.01.2020 um 20:24

Freut mich zu hören. Sehr gerne :)   ─   christian_strack 12.01.2020 um 20:50

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