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Polinomios de Taylor

Hallar el desarrollo de MacLaurin de f(x)=log( 1+x 1x )  y utilizarlo para calcular log(2) con cinco cifras decimales exactas.

Aplicando las propiedades de los logaritmos podemos escribir f(x)=log( 1+x 1x )=log( 1+x )log( 1x ) Hallamos las derivadas de f y sustituimos su valor en el origen para obtener el término general de su polinomio de MacLaurin, así f(x)=log( 1+x 1x )=log( 1+x )log( 1x )f(0)=log( 1 )log( 1 )=0 f´(x)= 1 1+x + 1 1x = ( 1+x ) 1 + ( 1x ) 1 f´(0)=2 f´´(x)= ( 1+x ) 2 + ( 1x ) 2 f´´(0)=0 f´´´(x)=2{ ( 1+x ) 3 + ( 1x ) 3 }f´´´(0)=22=4 f 4) (x)=23{ ( 1+x ) 4 + ( 1x ) 4 } f 4) (0)=0 f 5) (x)=234{ ( 1+x ) 5 + ( 1x ) 5 } f 5) (0)=2342 f 6) (x)=2345{ ( 1+x ) 6 + ( 1x ) 6 } f 6) (0)=0 f 7) (x)=23456{ ( 1+x ) 7 + ( 1x ) 7 } f 7) (0)=234562 Aproximamos la función f mediante los primeros términos del polinomio de MacLaurin, así f(x)f(0)+f´(0) x 1! +f´´(0) x 2 2! +f´´´(0) x 3 3! + f 4) (0) x 4 4! + + f 5) (0) x 5 5! + f 6) (0) x 6 6! + f 7) (0) x 7 7! +...+ f n) (0) x n n! = =2x+ 22 3! x 3 + 2342 5! x 5 + 234562 7! x 7 +...+ x 2n1 2n1 = =2( x+ x 3 3 + x 5 5 + x 7 7 +...+ x 2n1 2n1 )
Para responder a la cuestión del ejercicio sustituimos 1+x 1x =2x= 1 3 , de donde hemos deducido que la aproximación se plantea así log(2)=2( 1 3 + ( 1 3 ) 3 3 + ( 1 3 ) 5 5 + ( 1 3 ) 7 7 +...+ ( 1 3 ) 2n1 2n1 )+ R n ( 1 3 ) Para tener una estimación del resto necesitamos sumar la cola de la serie que da log(2), resultando | R n ( 1 3 ) |= 2 2n+1 ( 1 3 ) 2n+1 + 2 2n+3 ( 1 3 ) 2n+3 +...< < 2 2n+1 ( 1 3 ) 2n+1 + 2 2n+1 1 9 ( 1 3 ) 2n+1 +...
luego | R n ( 1 3 ) |< 2 2n+1 ( 1 3 ) 2n+1 ( 1+ 1 9 + 1 81 +... )
Como la serie geométrica entre paréntisis converge a 1 1 1 9 = 9 8 , vemos que
| R n ( 1 3 ) |< 2 2n+1 9 8 ( 1 3 ) 2n+1
En particular, para lograr cinco cifras decimales exactas tenemos que hacer el término de la derecha menor que 0'000005 (tomamos seis decimales para evitar el error de redondeo). Dando valores a n y utilizando una calculadora, obtenemos 2 25+1 9 8 ( 1 3 ) 25+1 0'0000012
Por tanto aproximamos log(2) con n=5, así
log(2) M 5 (x)= 2 3 + 2 3 ( 1 3 ) 3 + 2 5 ( 1 3 ) 5 + 2 7 ( 1 3 ) 7 + 2 9 ( 1 3 ) 9 0'6931460
El valor de log(2) quedará comprendido dentro del intervalo 0'69314600'0000012<log(2)<0'6931460+0'0000012 0'6931448<log(2)<0'6931472 Redondeando con cinco cifras decimales, log(2)0'69314 . | R n ( 1 3 ) |< 2 2n+1 9 8 ( 1 3 ) 2n+1 2 25+1 9 8 ( 1 3 ) 25+1 0'0000012 log(2) T 5 (x)= 2 3 + 2 3 ( 1 3 ) 3 + 2 5 ( 1 3 ) 5 + 2 7 ( 1 3 ) 7 + 2 9 ( 1 3 ) 9 0'6931460 0'69314600'0000012<log(2)<0'6931460+0'0000012 0'6931448<log(2)<0'6931472 log(2)0'69314