matheraum.de
Raum für Mathematik
Offene Informations- und Nachhilfegemeinschaft

Für Schüler, Studenten, Lehrer, Mathematik-Interessierte.
Hallo Gast!einloggen | registrieren ]
Startseite · Forum · Wissen · Kurse · Mitglieder · Team · Impressum
Forenbaum
^ Forenbaum
Status Mathe
  Status Schulmathe
    Status Primarstufe
    Status Mathe Klassen 5-7
    Status Mathe Klassen 8-10
    Status Oberstufenmathe
    Status Mathe-Wettbewerbe
    Status Sonstiges
  Status Hochschulmathe
    Status Uni-Analysis
    Status Uni-Lin. Algebra
    Status Algebra+Zahlentheo.
    Status Diskrete Mathematik
    Status Fachdidaktik
    Status Finanz+Versicherung
    Status Logik+Mengenlehre
    Status Numerik
    Status Uni-Stochastik
    Status Topologie+Geometrie
    Status Uni-Sonstiges
  Status Mathe-Vorkurse
    Status Organisatorisches
    Status Schule
    Status Universität
  Status Mathe-Software
    Status Derive
    Status DynaGeo
    Status FunkyPlot
    Status GeoGebra
    Status LaTeX
    Status Maple
    Status MathCad
    Status Mathematica
    Status Matlab
    Status Maxima
    Status MuPad
    Status Taschenrechner

Gezeigt werden alle Foren bis zur Tiefe 2

Navigation
 Startseite...
 Neuerdings beta neu
 Forum...
 vorwissen...
 vorkurse...
 Werkzeuge...
 Nachhilfevermittlung beta...
 Online-Spiele beta
 Suchen
 Verein...
 Impressum
Das Projekt
Server und Internetanbindung werden durch Spenden finanziert.
Organisiert wird das Projekt von unserem Koordinatorenteam.
Hunderte Mitglieder helfen ehrenamtlich in unseren moderierten Foren.
Anbieter der Seite ist der gemeinnützige Verein "Vorhilfe.de e.V.".
Partnerseiten
Dt. Schulen im Ausland: Mathe-Seiten:Weitere Fächer:

Open Source FunktionenplotterFunkyPlot: Kostenloser und quelloffener Funktionenplotter für Linux und andere Betriebssysteme
StartseiteMatheForenUni-Analysis-SonstigesTaylorreihe aufstellen
Foren für weitere Schulfächer findest Du auf www.vorhilfe.de z.B. Deutsch • Englisch • Französisch • Latein • Spanisch • Russisch • Griechisch
Forum "Uni-Analysis-Sonstiges" - Taylorreihe aufstellen
Taylorreihe aufstellen < Sonstiges < Analysis < Hochschule < Mathe < Vorhilfe
Ansicht: [ geschachtelt ] | ^ Forum "Uni-Analysis-Sonstiges"  | ^^ Alle Foren  | ^ Forenbaum  | Materialien

Taylorreihe aufstellen: Aufgabe
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 13:31 So 25.01.2015
Autor: RudiRabenkopf

Aufgabe
Entwickeln Sie die Funktion [mm] f(x)=(1+\bruch{x}{2})^{-4} [/mm] an der Stelle x0=0 in eine Taylorreihe

Hallo,

ich habe mir nun diverse Videos dazu angeschaut und blicke im groben auch durch. Nur bin ich mir nicht ganz sicher wie ich hier vorgehen soll?

Ich versuchs mal:

Ich stelle zuerst mal die Ableitungen auf und setze dann x0 ein:

f(x) = [mm] (1+\bruch{x}{2})^{-4} [/mm] = 1

f'(x) = [mm] \bruch{-2}{(\bruch{x}{2}+1)^{5}} [/mm] = -2

f''(x) = [mm] \bruch{320}{(x+2)^{6}} [/mm] = 5

f'''(x) = [mm] \bruch{-1920}{(x+2)^{7}} [/mm] = -15

f''''(x) = [mm] \bruch{13440}{(x+2)^{8}} [/mm] = 52,5

f'''''(x) = [mm] \bruch{-107520}{(x+2)^{9}} [/mm] = -210

Daraus konnte ich leider nichts "ablesen"... außer dass das Vorzeichen wechselt [mm] ((-1)^{n}). [/mm]


Die Allgemeinform der Tayloreihe lautet ja:

T f(x) = [mm] \summe_{n=0}^{\infty} \bruch{f^{n} (x0)}{n!} (x-x0)^{n} [/mm]



Diese setzt sich zusammen aus den einzelnen Taylorpolynomen:

f(x0) + f'(x0)(x-x0) + [mm] \bruch{f''(x0)}{2!} (x-x0)^{2} [/mm] + [mm] \bruch{f'''(x0)}{3!} (x-x0)^{3} [/mm] + [mm] \bruch{f''''(x0)}{4!} (x-x0)^{4} [/mm] + [mm] \bruch{f'''''(x0)}{5!} (x-x0)^{5} [/mm] etc. bis [mm] \bruch{f^{n}(x0)}{n!} (x-x0)^{n} [/mm]

Nun mal meine Werte als Reihe darstellen:

1 + -2(x-0) + [mm] \bruch{5}{2!} (x-0)^{2} [/mm] + [mm] \bruch{-15}{3!} (x-0)^{3} [/mm] + [mm] \bruch{52,5}{4!} (x-0)^{4} [/mm] + [mm] \bruch{-210}{5!} (x-0)^{5} [/mm] etc. bis [mm] \bruch{f^{n}(x0)}{n!} (x-x0)^{n} [/mm]


Ich kann das jetzt noch ein wenig weiter "zerlegen" ...aber eigentlich kann man schon viel weiter vorn erkennen, wie diefunktion als allgemeine form aussieht und das darstellen...

was genau mache ich falsch und was soll/muss ich tun ?



würde mich über hilfe freuen.


gruß rudi


        
Bezug
Taylorreihe aufstellen: Faktorgenese analysieren
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 14:30 So 25.01.2015
Autor: Al-Chwarizmi


> Entwickeln Sie die Funktion [mm]f(x)=(1+\bruch{x}{2})^{-4}[/mm] an
> der Stelle x0=0 in eine Taylorreihe
>  Hallo,
>  
> ich habe mir nun diverse Videos dazu angeschaut und blicke
> im groben auch durch. Nur bin ich mir nicht ganz sicher wie
> ich hier vorgehen soll?
>  
> Ich versuchs mal:
>  
> Ich stelle zuerst mal die Ableitungen auf und setze dann x0
> ein:
>  
> f(x) = [mm](1+\bruch{x}{2})^{-4}[/mm] = 1
>  
> f'(x) = [mm]\bruch{-2}{(\bruch{x}{2}+1)^{5}}[/mm] = -2
>  
> f''(x) = [mm]\bruch{320}{(x+2)^{6}}[/mm] = 5
>  
> f'''(x) = [mm]\bruch{-1920}{(x+2)^{7}}[/mm] = -15
>  
> f''''(x) = [mm]\bruch{13440}{(x+2)^{8}}[/mm] = 52,5
>  
> f'''''(x) = [mm]\bruch{-107520}{(x+2)^{9}}[/mm] = -210
>  
> Daraus konnte ich leider nichts "ablesen"... außer dass
> das Vorzeichen wechselt [mm]((-1)^{n}).[/mm]
>  
>
> Die Allgemeinform der Tayloreihe lautet ja:
>  
> T f(x) = [mm]\summe_{n=0}^{\infty} \bruch{f^{n} (x0)}{n!} (x-x0)^{n}[/mm]
>  
>
>
> Diese setzt sich zusammen aus den einzelnen
> Taylorpolynomen:
>  
> f(x0) + f'(x0)(x-x0) + [mm]\bruch{f''(x0)}{2!} (x-x0)^{2}[/mm] +
> [mm]\bruch{f'''(x0)}{3!} (x-x0)^{3}[/mm] + [mm]\bruch{f''''(x0)}{4!} (x-x0)^{4}[/mm]
> + [mm]\bruch{f'''''(x0)}{5!} (x-x0)^{5}[/mm] etc. bis
> [mm]\bruch{f^{n}(x0)}{n!} (x-x0)^{n}[/mm]
>  
> Nun mal meine Werte als Reihe darstellen:
>  
> 1 + -2(x-0) + [mm]\bruch{5}{2!} (x-0)^{2}[/mm] + [mm]\bruch{-15}{3!} (x-0)^{3}[/mm]
> + [mm]\bruch{52,5}{4!} (x-0)^{4}[/mm] + [mm]\bruch{-210}{5!} (x-0)^{5}[/mm]
> etc. bis [mm]\bruch{f^{n}(x0)}{n!} (x-x0)^{n}[/mm]
>  
>
> Ich kann das jetzt noch ein wenig weiter "zerlegen" ...aber
> eigentlich kann man schon viel weiter vorn erkennen, wie
> diefunktion als allgemeine form aussieht und das
> darstellen...
>  
> was genau mache ich falsch und was soll/muss ich tun



Hallo Rudi

wenn du eine allgemeine Formel z.B. für  [mm] f^{(n)}(x) [/mm]  herleiten
möchtest, ist es nicht sinnvoll, gleich alle entstehenden
Faktoren auszumultiplizieren. Wenn man zuerst mal die
Faktoren so hinschreibt, wie sie beim Ableiten entstehen,
erkennt man viel besser das allgemeine "Rezept" dahinter.
Ich habe das mal bis zur dritten Ableitung gemacht und
gefunden:

      $\ f'''(x)\ =\ [mm] (-4)*(-5)*(-6)*\left(\frac{1}{2}\right)^3*\left(1+\frac{x}{2}\right)^{-7}$ [/mm]

Von da aus ist absehbar, in welcher Weise sich das Ganze
weiterentwickeln wird:

      $\ [mm] f^{(n)}(x)\ [/mm] =\ [mm] \underbrace{((-4)*(-5)*(-6)*\,.....)}_{n\ Faktoren}\left(\frac{1}{2}\right)^n*\left(1+\frac{x}{2}\right)^{-4-n}$ [/mm]

      $\ =\ [mm] \left(\,-\,\frac{1}{2}\right)^n*\underbrace{(4*5*6*\,.....\,*(3+n))}_{n\ Faktoren}*\left(1+\frac{x}{2}\right)^{-4-n}$ [/mm]

      $\ =\ [mm] \left(\,-\,\frac{1}{2}\right)^n*\frac{(3+n)\,!}{3\,!}*\left(1+\frac{x}{2}\right)^{-4-n}$ [/mm]

      $\ =\ [mm] \frac{(-1)^n}{2^n*6}*(3+n)\,!*\left(1+\frac{x}{2}\right)^{-4-n}$ [/mm]

Setzen wir nun noch für x den Wert 0 ein, so erhalten wir:


       $\ [mm] f^{(n)}(0)\ [/mm] =\  [mm] \frac{(-1)^n}{2^n*6}*(3+n)\,!$ [/mm]

Es ist beruhigend festzustellen, dass diese Formel exakt
dieselben Werete liefert, die du oben auch schon hattest ...

Bemerkung:  damit das alles komplett würde, müsste natürlich
noch ein Beweis mittels vollständiger Induktion geführt werden.

LG  ,   Al-Chwarizmi


Bezug
                
Bezug
Taylorreihe aufstellen: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 17:15 Do 29.01.2015
Autor: RudiRabenkopf

So ganz habe ich es noch nicht drauf, ich versuche, ohne es mit deinem ansatz zu vergleichen nochmal selbst......



f(x) = [mm] (1+\bruch{x}{2})^{-4} [/mm]

f'(x) = [mm] \bruch{1}{2} [/mm] * [mm] -4(1+\bruch{x}{2})^{-5} [/mm]

das kann ich ja nicht so ableiten, da ich x * y * z habe, also muss ich doch [mm] \bruch{1}{2} [/mm] und -4 zusammenfassen, dass   ich nur noch das produkt habe.

f''(x) = -2 [mm] (1+\bruch{x}{2})^{-5} [/mm]


jetzt kann ich mit der produktregel ableiten und beim term in klammern mit der kettenregel arbeiten und erhalte:

f''(x) = [mm] \bruch{1}{2} [/mm] * -2 * [mm] -5(1+\bruch{x}{2})^{-6} [/mm]

wenn ich die -2 wieder in die ursprungsform bringe, erhalte ich:

f''(x) = [mm] \bruch{1}{2} [/mm] * [mm] (\bruch{1}{2} [/mm] * -4) * [mm] -5(1+\bruch{x}{2})^{-6} [/mm]

und jetzt sehe ich, dass beim nächsten ableiten wieder [mm] \bruch{1}{2} [/mm] dazu kommen, also fasse ich sie als potenz zusammen und erhöhe einfach immer:

f''(x) =  -4 * -5 * [mm] (\bruch{1}{2}^{2}) [/mm] * [mm] (1+\bruch{x}{2})^{-6} [/mm]


die dritte ableitung lautet dann wie folgt:

f'''(x) =  -4 * -5 * -6 * [mm] (\bruch{1}{2}^{3}) [/mm] * [mm] (1+\bruch{x}{2})^{-7} [/mm]



nur, wie bringe ich das jetzt in die allgemeine form.. ?!?


[mm] f^{n}(x) [/mm] = -4 * -5 * -6 * [mm] (\bruch{1}{2}^{n}) [/mm] * [mm] (1+\bruch{x}{2})^{-4-n} [/mm]


dieses -4 -5 -6 hat bestimmt iwas mit fakultät zu tun....wie stelle ich das nur da....hmmm
jetzt muss ich doch mal bei dir schauen....


ok, dieses [mm] \bruch{(3+n)!}{3!} [/mm] ist echt clever...darauf bin ich einfach nicht gekommen... jetzt wo ich es sehe, ist es total logisch und genial....


also:

[mm] f^{n}(x) [/mm] = [mm] \bruch{(3+n)!}{3!} [/mm] * [mm] (\bruch{1}{2}^{n}) [/mm] * [mm] (1+\bruch{x}{2})^{-4-n} [/mm]


jetzt können wir noch ein wenig zusammenfassen....


[mm] f^{n}(x) [/mm] = [mm] \bruch{(3+n)!}{6*2^{n}} [/mm] * [mm] (1+\bruch{x}{2})^{-4-n} [/mm]


ok sieht ein wenig anders aus als bei dir, müsste aber das gleiche sein



und jetzt für x 0 einsetzen...


[mm] f^{n}(x=0) [/mm] = [mm] \bruch{(3+n)!}{6*2^{n}} [/mm] * [mm] (1)^{-4-n} [/mm]

und [mm] 1^{egal was} [/mm] ist immer 1


also [mm] f^{n}(x=0) [/mm] = [mm] \bruch{(3+n)!}{6*2^{n}} [/mm]


ich denke meine lösung müsste auch richtig sein...


gruß rudi


p.s. danke nochmal

Bezug
                        
Bezug
Taylorreihe aufstellen: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 18:08 Do 29.01.2015
Autor: Fulla


> So ganz habe ich es noch nicht drauf, ich versuche, ohne es
> mit deinem ansatz zu vergleichen nochmal selbst......

>
>
>

> f(x) = [mm](1+\bruch{x}{2})^{-4}[/mm]

>

> f'(x) = [mm]\bruch{1}{2}[/mm] * [mm]-4(1+\bruch{x}{2})^{-5}[/mm]

Hallo Rudi,

setze hier Klammern, damit nicht zwei Rechenzeichen direkt aufeinander folgen: [mm]\ldots -\frac 12\cdot(-4)\cdot\ldots[/mm]

> das kann ich ja nicht so ableiten, da ich x * y * z habe,
> also muss ich doch [mm]\bruch{1}{2}[/mm] und -4 zusammenfassen, dass
> ich nur noch das produkt habe.

Nö, du MUSST da nichts zusammenfassen. 1/2 und -4 sind konstante Faktoren und davon darfst du so viele haben, wie du willst. Die bleiben beim Ableiten einfach stehen. Weiter unten fasst du sie ja auch nicht mehr zusammen...

> f''(x) = -2 [mm](1+\bruch{x}{2})^{-5}[/mm]

>
>

> jetzt kann ich mit der produktregel ableiten und beim term
> in klammern mit der kettenregel arbeiten und erhalte:

Die Produktregel brauchst du hier nicht (und du hast sie auch nicht angewandt) - meinst die vielleicht die Faktorregel?

> f''(x) = [mm]\bruch{1}{2}[/mm] * -2 * [mm]-5(1+\bruch{x}{2})^{-6}[/mm]

>

> wenn ich die -2 wieder in die ursprungsform bringe, erhalte
> ich:

>

> f''(x) = [mm]\bruch{1}{2}[/mm] * [mm](\bruch{1}{2}[/mm] * -4) *
> [mm]-5(1+\bruch{x}{2})^{-6}[/mm]

>

> und jetzt sehe ich, dass beim nächsten ableiten wieder
> [mm]\bruch{1}{2}[/mm] dazu kommen, also fasse ich sie als potenz
> zusammen und erhöhe einfach immer:

>

> f''(x) = -4 * -5 * [mm](\bruch{1}{2}^{2})[/mm] *
> [mm](1+\bruch{x}{2})^{-6}[/mm]

>
>

> die dritte ableitung lautet dann wie folgt:

>

> f'''(x) = -4 * -5 * -6 * [mm](\bruch{1}{2}^{3})[/mm] *
> [mm](1+\bruch{x}{2})^{-7}[/mm]

Setze auch hier Klammern bei den negativen Faktoren.

> nur, wie bringe ich das jetzt in die allgemeine form.. ?!?

>
>

> [mm]f^{n}(x)[/mm] = -4 * -5 * -6 * [mm](\bruch{1}{2}^{n})[/mm] *
> [mm](1+\bruch{x}{2})^{-4-n}[/mm]

>
>

> dieses -4 -5 -6 hat bestimmt iwas mit fakultät zu
> tun....wie stelle ich das nur da....hmmm
> jetzt muss ich doch mal bei dir schauen....

>
>

> ok, dieses [mm]\bruch{(3+n)!}{3!}[/mm] ist echt clever...darauf bin
> ich einfach nicht gekommen... jetzt wo ich es sehe, ist es
> total logisch und genial....

>
>

> also:

>

> [mm]f^{n}(x)[/mm] = [mm]\bruch{(3+n)!}{3!}[/mm] * [mm](\bruch{1}{2}^{n})[/mm] *
> [mm](1+\bruch{x}{2})^{-4-n}[/mm]

Das stimmt nicht ganz. Wo sind denn die ganzen Minuszeichen hingekommen?

> jetzt können wir noch ein wenig zusammenfassen....

>
>

> [mm]f^{n}(x)[/mm] = [mm]\bruch{(3+n)!}{6*2^{n}}[/mm] *
> [mm](1+\bruch{x}{2})^{-4-n}[/mm]

>
>

> ok sieht ein wenig anders aus als bei dir, müsste aber das
> gleiche sein

Nein, das sieht nur so ähnlich aus wie Al-Chwarizmis Lösung ;-) Wie gesagt, die Minuszeichen fehlen.

> und jetzt für x 0 einsetzen...

>
>

> [mm]f^{n}(x=0)[/mm] = [mm]\bruch{(3+n)!}{6*2^{n}}[/mm] * [mm](1)^{-4-n}[/mm]

>

> und [mm]1^{egal was}[/mm] ist immer 1

>
>

> also [mm]f^{n}(x=0)[/mm] = [mm]\bruch{(3+n)!}{6*2^{n}}[/mm]

>
>

> ich denke meine lösung müsste auch richtig sein...

Nein, ist sie nicht - aber fast.

Wie dir bestimmt aufgefallen ist, bekommst bei jeder Ableitung immer den Faktor [mm]\frac 12[/mm] dazu - also haben wir bei der n-ten Ableitung den Faktor [mm]\left(\frac 12\right)^n[/mm].
Außerdem kommt jedes mal der aktuelle (negative) Exponent - beginnend mit -4 - als Faktor dazu.
Al-Chwarizmi hat dir sehr schön ausgeführt, wie man dieses System in eine allgemeine Formel packen kann. Im Wesentlichen "verschiebt" er die Minuszeichen von den ganzzahligen Faktoren zu den [mm]\frac 12[/mm]. Z.B. bei der ersten Ableitung: [mm]\frac 12\cdot (-4) =-\frac 12\cdot 4[/mm].

Der Trick mit der Fakultät ist eigentlich ganz einfach, wenn man ihn einmal gesehen hat. Ich denke mal, das muss ich nicht nochmal ausführen.


Lieben Gruß,
Fulla

Bezug
                                
Bezug
Taylorreihe aufstellen: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 18:25 Do 29.01.2015
Autor: RudiRabenkopf

ok, danke, leuchtet ein...die konstanten würden nur wegfallen wenn es  3+ 5+ [mm] x^2 [/mm] wäre..... bei dieser aufgabe sind es aber FAKTOREN .... klar, die bleiben ja immer bestehen...


danke ...

Bezug
Ansicht: [ geschachtelt ] | ^ Forum "Uni-Analysis-Sonstiges"  | ^^ Alle Foren  | ^ Forenbaum  | Materialien


^ Seitenanfang ^
www.matheraum.de
[ Startseite | Forum | Wissen | Kurse | Mitglieder | Team | Impressum ]