Question
upstudy study bank question image url

2. Determinar el polinomio de Taylor de segundo orden alrededor del punto \( x_{0}=1 \), para la función \( f(x)=(x-1) \ln x \). Utilizar el polinomio encontrado para aproximar \( f(0.5) \). 3. Calcular el polinomio de Maclaurin de cuarto orden de \( f(x)=\ln (1+x) \). Utilizar el resultado para

Ask by Ellis Lambert. in Mexico
Jan 24,2025

Real Tutor Solution

Tutor-Verified Answer

Answer

El polinomio de Taylor de segundo orden para \( f(x) = (x-1) \ln x \) alrededor de \( x_0 = 1 \) es \( P_2(x) = (x - 1)^2 \). Utilizando este polinomio, \( f(0.5) \) se aproxima a 0.25. El polinomio de Maclaurin de cuarto orden para \( f(x) = \ln(1+x) \) es \( P_4(x) = x - \frac{1}{2}x^2 + \frac{1}{3}x^3 - \frac{1}{4}x^4 \).

Solution

Vamos a resolver los dos problemas paso a paso. ### Problema 2: Polinomio de Taylor de segundo orden **Paso 1: Encontrar las derivadas necesarias** Para encontrar el polinomio de Taylor de segundo orden de la función \( f(x) = (x-1) \ln x \) alrededor del punto \( x_0 = 1 \), necesitamos calcular \( f(1) \), \( f'(1) \) y \( f''(1) \). 1. **Cálculo de \( f(1) \)**: \[ f(1) = (1-1) \ln(1) = 0 \cdot 0 = 0 \] 2. **Cálculo de \( f'(x) \)**: Usamos la regla del producto: \[ f'(x) = \ln x + (x-1) \cdot \frac{1}{x} = \ln x + 1 - \frac{1}{x} \] Ahora evaluamos en \( x = 1 \): \[ f'(1) = \ln(1) + 1 - 1 = 0 \] 3. **Cálculo de \( f''(x) \)**: Derivamos \( f'(x) \): \[ f''(x) = \frac{1}{x} + \frac{1}{x^2} \] Evaluamos en \( x = 1 \): \[ f''(1) = 1 + 1 = 2 \] **Paso 2: Construir el polinomio de Taylor** El polinomio de Taylor de segundo orden se da por la fórmula: \[ P_2(x) = f(x_0) + f'(x_0)(x - x_0) + \frac{f''(x_0)}{2}(x - x_0)^2 \] Sustituyendo los valores que encontramos: \[ P_2(x) = 0 + 0 \cdot (x - 1) + \frac{2}{2}(x - 1)^2 = (x - 1)^2 \] **Paso 3: Aproximar \( f(0.5) \)** Ahora utilizamos el polinomio para aproximar \( f(0.5) \): \[ P_2(0.5) = (0.5 - 1)^2 = (-0.5)^2 = 0.25 \] ### Problema 3: Polinomio de Maclaurin de cuarto orden **Paso 1: Encontrar las derivadas necesarias** Para la función \( f(x) = \ln(1+x) \), necesitamos calcular \( f(0) \), \( f'(0) \), \( f''(0) \), \( f'''(0) \) y \( f^{(4)}(0) \). 1. **Cálculo de \( f(0) \)**: \[ f(0) = \ln(1+0) = 0 \] 2. **Cálculo de \( f'(x) \)**: \[ f'(x) = \frac{1}{1+x} \] Evaluamos en \( x = 0 \): \[ f'(0) = 1 \] 3. **Cálculo de \( f''(x) \)**: \[ f''(x) = -\frac{1}{(1+x)^2} \] Evaluamos en \( x = 0 \): \[ f''(0) = -1 \] 4. **Cálculo de \( f'''(x) \)**: \[ f'''(x) = \frac{2}{(1+x)^3} \] Evaluamos en \( x = 0 \): \[ f'''(0) = 2 \] 5. **Cálculo de \( f^{(4)}(x) \)**: \[ f^{(4)}(x) = -\frac{6}{(1+x)^4} \] Evaluamos en \( x = 0 \): \[ f^{(4)}(0) = -6 \] **Paso 2: Construir el polinomio de Maclaurin** El polinomio de Maclaurin de cuarto orden se da por la fórmula: \[ P_4(x) = f(0) + f'(0)x + \frac{f''(0)}{2}x^2 + \frac{f'''(0)}{6}x^3 + \frac{f^{(4)}(0)}{24}x^4 \] Sustituyendo los valores que encontramos: \[ P_4(x) = 0 + 1 \cdot x - \frac{1}{2}x^2 + \frac{2}{6}x^3 - \frac{6}{24}x^4 \] Simplificando: \[ P_4(x) = x - \frac{1}{2}x^2 + \frac{1}{3}x^3 - \frac{1}{4}x^4 \] ### Resumen de resultados 1. El polinomio de Taylor de segundo orden de \( f(x) = (x-1) \ln x \) alrededor de \( x_0 = 1 \) es \( P_2(x) = (x - 1)^2 \) y \( f(0.5) \approx 0.25 \). 2. El polinomio de Maclaurin de cuarto orden de \( f(x) = \ln(1+x) \) es \( P_4(x) = x - \frac{1}{2}x^2 + \frac{1}{3}x^3 - \frac{1}{4}x^4 \).

Reviewed and approved by the UpStudy tutoring team

error msg
Explain
Simplify this solution

The Deep Dive

Para encontrar el polinomio de Taylor de segundo orden alrededor del punto \( x_{0}=1 \) para la función \( f(x)=(x-1) \ln x \), primero calculamos las derivadas de \( f(x) \) en \( x=1 \). La primera derivada \( f'(x) \) es \( \ln x + 1 - \frac{1}{x} \) y evaluándola en \( x=1 \) nos da \( 0 \). La segunda derivada \( f''(x) \) resulta ser \( \frac{1}{x} \), que evaluada en \( x=1 \) da \( 1 \). Entonces, el polinomio de Taylor de segundo orden es \( P(x) = 0 + 0(x-1) + \frac{1}{2}(x-1)^2 = \frac{1}{2}(x-1)^2 \). Para aproximar \( f(0.5) \), sustituimos en el polinomio: \( P(0.5) = \frac{1}{2}(0.5-1)^2 = \frac{1}{2}(0.5^2) = \frac{1}{8} = 0.125 \). Para el polinomio de Maclaurin de cuarto orden de \( f(x)=\ln(1+x) \), comenzamos evaluando las derivadas: \( f(0)=0 \), \( f'(0)=1 \), \( f''(0)=-\frac{1}{2} \), \( f'''(0)=\frac{1}{6} \), y \( f^{(4)}(0)=-\frac{1}{24} \). Con ello, el polinomio de Maclaurin es \( P(x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} - \frac{x^4}{24} \). Esto simplifica la evaluación de \( \ln(1+x) \) para valores cercanos a cero, siendo útil en cálculos matemáticos en campos como la ingeniería y la economía.

Try Premium now!
Try Premium and ask Thoth AI unlimited math questions now!
Maybe later Go Premium
Study can be a real struggle
Why not UpStudy it?
Select your plan below
Premium

You can enjoy

Start now
  • Step-by-step explanations
  • 24/7 expert live tutors
  • Unlimited number of questions
  • No interruptions
  • Full access to Answer and Solution
  • Full Access to PDF Chat, UpStudy Chat, Browsing Chat
Basic

Totally free but limited

  • Limited Solution
Welcome to UpStudy!
Please sign in to continue the Thoth AI Chat journey
Continue with Email
Or continue with
By clicking “Sign in”, you agree to our Terms of Use & Privacy Policy