題目
Problem
8. Let f(x)=ex3+e−x3. (10%)
Find the Taylor Series of f(x) at x=0. (15)
Use the Taylor Series to find the value of f(2022)(0). (16)
解答
(a)
解法一
思路
展開
- 利用已知之基本指數函數麥克勞林級數:
eu=∑k=0∞k!uk,u∈R
- 將 u=x3 與 u=−x3 代入展開後相加。
- 消去所有奇數項,只保留偶數項 k=2n。
答題過程
展開
寫出 ex3 與 e−x3 的展開式:
ex3=k=0∑∞k!(x3)k=k=0∑∞k!x3k
e−x3=k=0∑∞k!(−x3)k=k=0∑∞(−1)kk!x3k
相加後:
f(x)=ex3+e−x3=k=0∑∞(1+(−1)k)k!x3k
當 k 為奇數時, 1+(−1)k=0;當 k 為偶數(令 k=2n)時, 1+(−1)k=2。
故上式整理為:
f(x)=n=0∑∞(2n)!2x6n,x∈R
故 (15) 處應填入 n=0∑∞(2n)!2x6n。
(b)
解法一
思路
展開
- 根據泰勒級數的通式定義, xm 的項係數為 m!f(m)(0)。
- 我們要找 f(2022)(0),即對應 m=2022。
- 比較 (a) 中得到的級數一般項係數:令 6n=2022⟹n=337。
- 建立係數等式並解出 f(2022)(0)。
答題過程
展開
泰勒級數展開之通用定義為:
f(x)=m=0∑∞m!f(m)(0)xm
在我們的泰勒級數 n=0∑∞(2n)!2x6n 中,要求 x2022 項的係數。
令 6n=2022⟹n=337。
此時 x2022 項的係數為:
(2⋅337)!2=674!2
由此可得係數等式:
2022!f(2022)(0)=674!2⟹f(2022)(0)=674!2(2022!)
故 (16) 處應填入 674!2(2022!)。