Come Maple poteva essere di aiuto per affrontare il compito.
(1)
∑ n=0..∞ √(n2+1) sin(1/(n+1))2 3−n (x−2)n
Criterio del rapporto (attenzione: serve abs):
> (sqrt((n+1)^2+1)*sin(1/(n+2))^2*3^(-n-1)*(x)^(n+1))/(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(x)^n);
> limit(", n=infinity); solve(abs(")=1, x);
x/3 3, −3
La serie sicuramente converge tra 2−3 e 2+3, ossia in (−1, 5). Vediamo quel che accade negli estremi.
> sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(5-2)^n,n=0..infinity);
evalf(sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(5-2)^n,n=0..500));
evalf(sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(5-2)^n,n=0..1000));
evalf(sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(5-2)^n,n=0..2000));
Maple non dà la somma nel caso x=5. Numericamente, per n = 500, 1000, 2000 vediamo che si ottiene:
5.965403866 6.656059019 7.347958202
Al raddoppiare di n la somma cresce circa di 0.7. Capiamo che la serie diverge.
Del resto
Per x = −1:
> evalf(sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(-1-2)^n,n=0..500));
evalf(sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(-1-2)^n,n=0..1000));
evalf(sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(-1-2)^n,n=0..2000));
evalf(sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(-1-2)^n,n=0..4000));
.5176137927 .5171175302 .5168684537
.5167436854
Al raddoppiare di n la differenza tra le somme tende a dimezzarsi
(0.0005, 0.00025, 0.000125). Capiamo che la serie converge.
Del resto
Concludendo la serie (che è una serie di potenze) converge in [−1, 5), e converge uniformemente
in ogni intervallo
A destra il grafico ottenuto con: > f:= x-> sum(sqrt(n^2+1)*sin(1/(n+1))^2*3^(-n)*(x-2)^n,n=0..infinity); plot (f,-1..5,0..1.5); (da cui, per altro, abbiamo una conferma delle conclusioni precedenti). | |
La derivata in 3/2 con Maple la ottengo con: > evalf(D(f)(3/2)); o, per esempio, con: > evalf(D(f)(3/2), 20); trovando: 0.08627895327 0.086278953268778594293 in accordo, approssimativo, con la stima grafica (vedi disegno a fianco). A mano, posso usare "Taylor". D(f)(x) è uguale a: ∑ n=1..∞ n√(n2+1) sin(1/(n+1))2 3−n (x−2)n-1 |
(2) • Serie di Taylor di punto iniziale 0 di:
(a) f(x) = ln(1+2x) (b) g(x) = ln(1+2x)/x per x ≠ 0, g(0) = 2
(c) F(x) = 0∫xg
Con Maple:
> taylor(ln(1+2*x),x,8);
taylor(ln(1+2*x)/x,x,8);
taylor( int(ln(1+2*t)/t,t=0..x),x,8);
2*x-2*x^2+8/3*x^3-4*x^4+32/5*x^5-32/3*x^6+128/7*x^7+O(x^8)
2-2*x+8/3*x^2-4*x^3+32/5*x^4-32/3*x^5+128/7*x^6+O(x^7)
2*x-1*x^2+8/9*x^3-1*x^4+32/25*x^5-16/9*x^6+128/49*x^7+O(x^8)
Posso ottenere tutto facilmente dallo sviluppo di ln(1+x) (convergenza
tra -1/2, escluso, e 1/2, compreso), dalla sua divisione per x e dalla sua integrazione
(convergenza negli stessi punti).
• Polinomio di Taylor di ordine 2 e punto iniziale 0 per f
e resto di Lagrange:
2 x − 2 x2
|R| = |f (3)(c) / 3! x3| = |16/(1+2c)3 / 3! x3|
< 8/(1+0)3 / 3·1/103 = 1/375 = 0.002666
(sembra che l'errore non sia minore di 1/1000; più che un "sembra" non posso dire;
se avessi ottenuto una risposta affermativa avrei potuto non usare il "sembra").