Taylorpolynom

Aufrufe: 700     Aktiv: 13.12.2020 um 11:58

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Sei f(x):=\( e^{-x^{2}} \) cos(x) für x∈R.

1) Bestimmen Sie das zweite Taylor-Polynom \( T^{f}_{2,0}\) von f mit Entwicklungspunkt 0.

2) Beweisen Sie die Abschätzung \( \vert f(x)- T_{2,0}^{f}(x) \vert \)\( \le \frac {15} {2} \)\( \vert x^{3} \vert \) für x∈ [-1,1]. 

 

Bei 1) habe ich raus:

f(0)=1

f´(0)=0

f´´(0)=-3

und dann habe ich für \( T^{f}_{2,0}\)=\( 1-\frac {3x^{2}} {2} \)

Bei 2) habe ich keinen Ansatz und weiß nicht wie ich das lösen kann. Wäre über Hilfe dankbar.

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Punkte: 10

 

Ich habe ja auch f(0)=1 raus
  ─   jessy234 10.12.2020 um 16:11
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Hallo,
Dein berechnetes Taylorpolynom kannst du einfach selbst überprüfen, indem du dir die beiden Funktionen mal plottest. Sollte ne gute Näherung sein, wenn nicht schau nochmal in den Ableitungsrechner und vergiss die Vorfaktoren mit den Fakultäten nicht. Nun zur Abschätzung: Schreibe dir mal den Betrag dieser Differenz auf. Den cos kannst du immer gut nach oben abschätzen, überlege dir einfach was cos(x) höchstens werden kann. Des Weiteren musst du das Intervall verwenden auf dem du die Ungleichung zeigen willst. Damit kannst du dann auch eine Abschätzung für den Exponentialterm erhalten.

Viele Grüße

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Danke für die Erklärung!   ─   jessy234 10.12.2020 um 16:37

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Dein Taylor-Polynom ist richtig. Bei der Abschätzung geht es um die Restgliedformel, die lautet \(f(x)-T_n(x) = \frac{f^{(n+1)}(z)}{(n+1)!}(x-x_0)^{n+1}\), wobei \(z\) zwischen \(x\) und \(x_0\) liegt.

Hier hat man \(x_0=0\) und \(n=2\). Es ist

\(f^{(3)}(x) = e^{-x^2}((18x-8x^3)\cos x +(7-12\,x^2)\sin x)\).

(Beim Ableiten immer sofort \(e^{-x^2}\) ausklammern und den Rest nach \(\cos x\) und \(\sin x\) sortieren. Ich hab das aber mit wolframalpha gerechnet).

Diesen Ausdruck musst Du, zum Betrag genommen, nach oben abschätzen für \(|z|\le 1\). Anleitung: Dreiecksungleichung, \(e^{-z^2}\le 1, |\cos z| \le 1, |\sin z| \le 1\). Aus dem ersten Summanden \(z\) ausklammern. Dann kommt man auf \(|f^{(3)}(z)|\le 18+8+7+12\). Einsetzen in die Restgliedformel, fertig.

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Danke, das hilft mir sehr!
  ─   jessy234 10.12.2020 um 16:38

Muss ich das für x=1 und x=-1 machen?   ─   jessy234 10.12.2020 um 17:00

Ich habe lange überlegt und versucht, alles einzusetzen, aber irgendwie komme ich nicht weiter. :(   ─   jessy234 12.12.2020 um 13:23

\( \vert e^{-x^2}*cos(x)-1-\frac {3x^2} {2} \vert \) \( \le \) \( \frac {15} {2} \)\( \vert x^3 \vert \) x∈ [-1;1]

\( R_n(x)= \) \( \frac {f^{n+1}(epsilon)} {n+1!} \) * \( (x-x_0)^{n+1} \)

\( f^{3}(x)= \)\(-e^{-x^2} *((12x^2-7)*sin(x)+(8x^3-18x)cos(x))\)

Wenn ich nun den Entwicklungspunkt 0 einsetze bekomme ich 0 raus

\( \frac {0} {6} x^3 \) \( \le \) \( \frac {15} {2} \)\( \vert x^3 \vert \)
  ─   jessy234 13.12.2020 um 11:00

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