Pregunta
upstudy study bank question image url

3. Question 3 [6 marks] Let \( f \) be a function with McLaurin series converging to \( f(x) \) for all real numbers \( x \). \( \operatorname{If} f(0)=f^{\prime}(0)=2 \) and \( f^{(n)}(0)=3 \) for \( n \geq 2 \), show \( f(x)=3 e^{x}-x-1 \).

Ask by Brewer Lee. in Bahrain
Dec 21,2024

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

Responder

\( f(x) = 3e^{x} - x - 1 \)

Solución

To determine the function \( f(x) \) given its Maclaurin series and the specified derivative values, let's follow these steps: ### 1. **Understand the Maclaurin Series** The Maclaurin series of a function \( f(x) \) is its Taylor series expansion around \( x = 0 \): \[ f(x) = f(0) + f'(0) x + \frac{f''(0)}{2!} x^2 + \frac{f'''(0)}{3!} x^3 + \cdots = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{f^{(n)}(0)}{n!} x^n \] ### 2. **Plug in the Given Derivative Values** You're provided with the following information: - \( f(0) = 2 \) - \( f'(0) = 2 \) - For all \( n \geq 2 \), \( f^{(n)}(0) = 3 \) Using these, write the Maclaurin series for \( f(x) \): \[ f(x) = f(0) + f'(0) x + \sum_{n=2}^{\infty} \frac{f^{(n)}(0)}{n!} x^n \] Substituting the given values: \[ f(x) = 2 + 2x + \sum_{n=2}^{\infty} \frac{3}{n!} x^n \] ### 3. **Simplify the Series** Factor out the constant \( 3 \) from the summation: \[ f(x) = 2 + 2x + 3 \sum_{n=2}^{\infty} \frac{x^n}{n!} \] Notice that the sum \( \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} \) is the Maclaurin series for \( e^x \). Therefore, we can express the summation from \( n=2 \) as: \[ \sum_{n=2}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = e^x - \frac{x^0}{0!} - \frac{x^1}{1!} = e^x - 1 - x \] Substitute this back into the expression for \( f(x) \): \[ f(x) = 2 + 2x + 3(e^x - 1 - x) \] ### 4. **Combine Like Terms** Distribute the \( 3 \) and combine like terms: \[ f(x) = 2 + 2x + 3e^x - 3 - 3x = 3e^x - x - 1 \] ### 5. **Final Result** Thus, the function \( f(x) \) is: \[ f(x) = 3e^x - x - 1 \]

Revisado y aprobado por el equipo de tutoría de UpStudy

error msg
Explicar
Simplifique esta solución

The Deep Dive

To find the function \( f(x) \) given the properties of its Maclaurin series, we start by recalling that the general form of the Maclaurin series for a function \( f(x) \) is: \[ f(x) = f(0) + f'(0) x + \frac{f''(0)}{2!} x^2 + \frac{f'''(0)}{3!} x^3 + \cdots \] Given the conditions in the problem: 1. \( f(0) = 2 \) 2. \( f'(0) = 2 \) 3. \( f^{(n)}(0) = 3 \) for \( n \geq 2 \). We can now substitute these values into the Maclaurin series: \[ f(x) = 2 + 2x + \frac{3}{2!} x^2 + \frac{3}{3!} x^3 + \frac{3}{4!} x^4 + \cdots \] This can be rewritten as: \[ f(x) = 2 + 2x + \sum_{n=2}^{\infty} \frac{3}{n!} x^n \] The sum \(\sum_{n=2}^{\infty} \frac{3}{n!} x^n\) can be simplified. We can factor out a 3: \[ \sum_{n=2}^{\infty} \frac{3}{n!} x^n = 3 \sum_{n=2}^{\infty} \frac{x^n}{n!} \] The series \(\sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = e^x\), thus we can write: \[ \sum_{n=2}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = e^x - \frac{x^0}{0!} - \frac{x^1}{1!} = e^x - 1 - x \] Putting it all together, we have: \[ \sum_{n=2}^{\infty} \frac{3}{n!} x^n = 3(e^x - 1 - x) \] Now substituting this back into the expression for \( f(x) \): \[ f(x) = 2 + 2x + 3(e^x - 1 - x) \] Simplifying this further: \[ f(x) = 2 + 2x + 3e^x - 3 - 3x \] Combining like terms: \[ f(x) = 3e^x - (3x - 2x) - 1 = 3e^x - x - 1 \] Thus, we have shown that \[ f(x) = 3e^x - x - 1 \] This completes the proof.

¡Prueba Premium ahora!
¡Prueba Premium y hazle a Thoth AI preguntas de matemáticas ilimitadas ahora!
Quizas mas tarde Hazte Premium
Estudiar puede ser una verdadera lucha
¿Por qué no estudiarlo en UpStudy?
Seleccione su plan a continuación
Prima

Puedes disfrutar

Empieza ahora
  • Explicaciones paso a paso
  • Tutores expertos en vivo 24/7
  • Número ilimitado de preguntas
  • Sin interrupciones
  • Acceso completo a Respuesta y Solución
  • Acceso completo al chat de PDF, al chat de UpStudy y al chat de navegación
Básico

Totalmente gratis pero limitado

  • Solución limitada
Bienvenido a ¡Estudia ahora!
Inicie sesión para continuar con el recorrido de Thoth AI Chat
Continuar con correo electrónico
O continuar con
Al hacer clic en "Iniciar sesión", acepta nuestros términos y condiciones. Términos de Uso & Política de privacidad