Cos(2x) um x0 = pi/6 in eine Potenzreihe entwickeln

Aufrufe: 835     Aktiv: 10.12.2019 um 17:29

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Hallo,

ich verzweifel schon seit einiger Zeit an einer Aufgabe:

Ich soll die Funktion: f(x)=cos(2x) um x0=pi/6 in eine Potenzreihe entwickeln.

Ich bin schonmal so weit, dass ich die Funktion einige male abgeleitet habe und 1-2 Merkmale/Muster mir aufgefallen sind.

1. Ableitung: -2sin(2x)

2. Ableitung: -4cos(2x)

3. Ableitung: 8sin(2x)

4. Ableitung: 16cos(2x)

1. Merkmal: Der Koeffizient entspricht 2^n. Mit einer kleinen Problematik... Das Vorzeichen wechselt von 2 mal Negativ, zu 2 mal positiv, zu 2 mal negativ und so weiter... Das schaff ich z.B. nicht irgendwie aufzuschreiben.

2. Merkmal alle geraden Ableitungen, also n = 2*n, sind durch cosinus beschrieben und alle ungeraden Ableitungen, also n = 2*n +1, sind durch sinus beschrieben. 

 

Und noch so eine kleine Nebenfrage für mein Verständnis: Sind Taylorreihen das gleich wie Potenzreihen oder verwechsle ich da was?

Weiter komme ich jedoch nicht. Wäre ziemlich dankbar wenn mir jemand weiter helfen kann.

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Hallo,

dein vorgehen ist soweit schon richtig, aber vergiss nicht, das du in die Ableitungen immer den Entwicklungspunkt einsetzen musst. Also

$$ \begin{array}{ccc} f(\frac {\pi} 6) & = & \cos( \frac {\pi} 3) \\ f'(\frac {\pi} 6) & = & -2\sin( \frac {\pi} 3) \\ f''(\frac {\pi} 6) & = & -4\cos( \frac {\pi} 3) \\ & \vdots & \end{array} $$

Versuch dich jetzt nochmal. Wenn es noch nicht klappt melde dich gerne nochmal :)

Und die Taylorreihe ist immer eine Potenzreihe, aber nicht jede Potenzreihe kann durch eine Taylorentwicklung gebastelt werden.

Grüße Christian

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Hallo,
danke erstmal für die Antwort. Ich hab den Entwicklungspunkt nun eingesetzt und habe bemerkt, dass das Ergebnis der Cosinus Reihe, bzw. der Sinus Reihe nun immer um den Faktor -4 wächst.
Also:
f(π/6)= 1/2
f''(π/6)=-2
f''''(π/6)=8

f'(π/6)=- Wurzel 3
f'''(π/6)=4* Wurzel 3
f'''''(π/6)=-16 Wurzel 3

und ich kenne die Potenzreihe für den Cosinus und den Sinus... Jedoch weiß ich jetzt wieder nicht weiter...
Irgendwie erscheint mir das gerade nicht eindeutig...
  ─   leonk 04.12.2019 um 16:30

So musste auch etwas rumbasteln. Weiß nicht ob es die eleganteste Lösung ist, aber ich habe folgende Lösung gefunden
$$ 2^{k-2} \cdot (-1)^k \cdot (1 + (-1)^k + \sqrt{3} + (-1)^{k+1} \sqrt{3} ) $$
Wenn du nun ein gerades \( k \) hast, heben sich die Wurzeln auf (\(\sqrt{3} - \sqrt{3} \)) bei einem ungeraden \( k \) die Einsen.
Damit solltest du nun jeden Wert der Ableitungen erzeugen können.
  ─   christian_strack 04.12.2019 um 17:47

Ok vielen dank erstmal.
Ich verstehe auch das meiste, wie alles zustande kommt. Was ich aber noch nicht ganz verstehe ist, wofür / warum die 2^(k-2) *(-1)^k da ist
Aber nochmal vielen dank. Hat jetzt schon sehr geholfen.
  ─   leonk 04.12.2019 um 19:34

Ouh mit dem \( (-1)^k \) habe ich mich auch vertan, da ja nicht jedes mal das Vorzeichen wechselt.sondern immer nach zwei Gliedern. Da muss ich auch nochmal kurz drüber nachdenken.
\(2^{k-1} \) habe ich genommen, da du für \( k=0 \), \( \frac 1 2 \) erhälst. Nun ergibt das in der letzten Klammer entweder \( 2 \) (wenn sich die Wurzeln aufheben) oder \( 2\sqrt{3} \) (wenn sich die Einsen aufheben). Wir müssen hier also noch einen Faktor \( 2 \) kompensieren indem wir nochmal durch zwei teilen. Dadurch kommen wir auf \( 2^{k-2} \).
  ─   christian_strack 05.12.2019 um 09:51

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