Autor Tema: Aproximación de funciones

0 Usuarios y 1 Visitante están viendo este tema.

29 Noviembre, 2023, 11:57 pm
Leído 118 veces

Frankoper

  • $$\Large \color{#5372a0}\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 95
  • País: ar
  • Karma: +0/-0
¡Hola a todos!

Estoy con el siguiente ejercicio:

Calcule el orden del polinomio de Taylor necesario para obtener las siete primeras cifras decimales
del número \( ln(1,5) \) utilizando la fórmula de Taylor correspondiente a las funciones:


\( f(x) = ln(x + 1) \);
\(  g(x)=ln(\frac{1+x}{1-x}) \)

 y compare la cantidad de términos necesarios en las dos aproximaciones.
Tengo que usar la siguiente fórmula:   

\( \frac{1}{1-x}=1+x+x^{2}+...+x^{n}+\frac{x^{n+1}}{1-x} \)

No me doy cuenta como utilizarla en la segunda función y evaluarla.

30 Noviembre, 2023, 04:07 am
Respuesta #1

delmar

  • Moderador Global
  • Mensajes: 3,569
  • País: pe
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
Hola

Te ayudo con f(x)

\( f(x)=ln(x+1) \)

\( f'(x)=\displaystyle\frac{1}{x+1} \)

\( f''(x)=\displaystyle\frac{-1}{(x+1)^2} \)

\( f'''(x)=\displaystyle\frac{2}{(x+1)^3} \)

\( f^{iv}(x)=\displaystyle\frac{-(3)2}{(x+1)^4} \)

\( f^{v}(x)=\displaystyle\frac{4(3)2}{(x+1)^5} \)

Se induce (se puede demostrar) que \( f^k(x)=\displaystyle\frac{(k-1)! \ (-1)^{k+1}}{(x+1)^k} \)

El teorema de Taylo, aproximando en x=0, con un grado n implica :

\( f(x)=\displaystyle\sum_{k=0}^n{\displaystyle\frac{f^k(0)}{k!}x^k}+\displaystyle\frac{f^{n+1}(\lambda) \ x^{k+1}}{(k+1)!} \)

Donde el segundo término es el error y  \( \lambda\in{[0,x]} \), para calcular 1.5 se tiene que x=0.5, con 7 cifras decimales por redondeo se cumple :

\( \left |{\displaystyle\frac{f^{n+1}(\lambda) \ x^{n+1}}{(n+1)!}}\right |\leq{0.5(10^{-8})}\Rightarrow{(\displaystyle\frac{1}{n+1}) \ (\displaystyle\frac{0.5}{\lambda+1})^{n+1}}\leq{0.5(10)^{-8}} \) creo que ahí ya puedes obtener el n

Para el segundo caso de \( \displaystyle\frac{1+x}{1-x}=1.5 \) se puede despejar x y se puede poner \( g(x)=ln(1+x)-ln(1-x) \) y encontrar la aproximación polinómica con su error respectivo y encontrar n para que cumpla la condición de error.

Saludos

30 Noviembre, 2023, 01:41 pm
Respuesta #2

Frankoper

  • $$\Large \color{#5372a0}\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 95
  • País: ar
  • Karma: +0/-0
Hola!

trato por el mismo método encontrar el polinomio de \( ln(1-x) \) y me queda diferente a la formula:

\( f(x)=ln(1-x) \)

\( f'(x)= \)\( \frac{-1}{1-x} \)

\( f''(x)= \)\( \frac{-1}{(1-x)^{2}} \)

me queda:

\( P(x)= \)\( -x-\frac{x^{2}}{2}-\frac{x^{3}}{3}-...-\frac{x^{n}}{n} \)

y cuando integro la formula no me queda el mismo polinomio.

Saludos

30 Noviembre, 2023, 02:28 pm
Respuesta #3

ani_pascual

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,655
  • País: es
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
  • שמע ישראל יהוה אלהינו יהוה אחד
    • Kepler_Ck
Hola!

trato por el mismo método encontrar el polinomio de \( ln(1-x) \) y me queda diferente a la formula:

\( f(x)=ln(1-x) \)

\( f'(x)= \)\( \frac{-1}{1-x} \)

\( f''(x)= \)\( \frac{-1}{(1-x)^{2}} \)

me queda:

\( P(x)= \)\( -x-\frac{x^{2}}{2}-\frac{x^{3}}{3}-...-\frac{x^{n}}{n} \)

y cuando integro la formula no me queda el mismo polinomio.

Saludos
Hola:
Si \( \ln(1+x)\simeq x-\dfrac{x^2}{2}+\dfrac{x^3}{3}-\dfrac{x^4}{4}+\cdots +\dfrac{(-1)^{n+1}x^n}{n} \) y \( \ln(1-x)\simeq -x-\dfrac{x^2}{2}-\dfrac{x^3}{3}-\dfrac{x^4}{4}-\cdots -\dfrac{x^n}{n} \), entonces
\( \ln\dfrac{1+x}{1-x}=\ln(1+x)-\ln(1-x)\simeq 2x+\dfrac{2x^3}{3}+\dfrac{2x^5}{5}+\cdots +\dfrac{2x^{2k-1}}{2k-1} \). ¿Por qué dices que no te sale?
Saludos

30 Noviembre, 2023, 02:38 pm
Respuesta #4

ancape

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,081
  • País: es
  • Karma: +0/-5
  • Sexo: Masculino

Hola:
Si \( \ln(1+x)\simeq x-\dfrac{x^2}{2}+\dfrac{x^3}{3}-\dfrac{x^4}{4}+\cdots +\dfrac{(-1)^{n+1}x^n}{n} \) y \( \ln(1-x)\simeq -x-\dfrac{x^2}{2}-\dfrac{x^3}{3}-\dfrac{x^4}{4}-\cdots -\dfrac{x^n}{n} \), entonces
\( \ln\dfrac{1+x}{1-x}=\ln(1+x)-\ln(1-x)\simeq 2x+\dfrac{2x^3}{3}+\dfrac{2x^5}{5}+\cdots +\dfrac{2x^{2k-1}}{2k-1} \). ¿Por qué dices que no te sale?
Saludos

Hola
Creo que has puesto una errata en el desarrollo de \( ln(1-x) \). Los signos son todos positivos y se acaba con ...... Está claro que querías poner \( -ln(1-x) \)
Saludos

30 Noviembre, 2023, 02:43 pm
Respuesta #5

Frankoper

  • $$\Large \color{#5372a0}\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 95
  • País: ar
  • Karma: +0/-0
Hola!

Porque cuando integro esta formula \( \frac{1}{1-x}=1+x+x^{2}+...+x^{n}+\frac{x^{n+1}}{1-x} \) me da diferente al polinomio de Taylor que obtengo por definición.

\( \int \frac{1}{1-x}= \int 1+x+x^{2}+x^{3}+...+\int \frac{x^{n+1}}{1-x} \)\( \neq \)\( P(x)= \)\( -x-\frac{x^{2}}{2}-\frac{x^{3}}{3}-...-\frac{x^{n}}{n} \)

Saludos

30 Noviembre, 2023, 04:17 pm
Respuesta #6

ani_pascual

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,655
  • País: es
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
  • שמע ישראל יהוה אלהינו יהוה אחד
    • Kepler_Ck
Hola!

Porque cuando integro esta formula \( \frac{1}{1-x}=1+x+x^{2}+...+x^{n}+\frac{x^{n+1}}{1-x} \) me da diferente al polinomio de Taylor que obtengo por definición.

\( \int \frac{1}{1-x}= \int 1+x+x^{2}+x^{3}+...+\int \frac{x^{n+1}}{1-x} \)\( \neq \)\( P(x)= \)\( -x-\frac{x^{2}}{2}-\frac{x^{3}}{3}-...-\frac{x^{n}}{n} \)

Saludos
Hola:
Me parece que para obtener \( \ln(1-x) \) deberías integrar \( \displaystyle\int\dfrac{-1}{1-x}\,dx \) y entonces
\( \displaystyle\int\dfrac{-1}{1-x}\,dx\simeq \displaystyle\int ( -1-x-x^2-x^3-\cdots - x^{n-1})\,dx=-x-\dfrac{x^2}{2}-\dfrac{x^3}{3}-\cdots -\dfrac{x^n}{n} \) que es el polinomio de Taylor de grado \( n \) asociado a \( \ln(1-x) \)
Saludos

30 Noviembre, 2023, 04:27 pm
Respuesta #7

ani_pascual

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,655
  • País: es
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
  • שמע ישראל יהוה אלהינו יהוה אחד
    • Kepler_Ck
Creo que has puesto una errata en el desarrollo de \( ln(1-x) \). Los signos son todos positivos y se acaba con ...... Está claro que querías poner \( -ln(1-x) \)
Saludos
Hola ancape; me parece que lo que he puesto no está mal; \( f(x)=\ln(1-x)\Longrightarrow f(0)=0; f'(x)=\dfrac{-1}{1-x}\Longrightarrow f'(0)=-1; f''(x)=\dfrac{-1}{(1-x)^2}\Longrightarrow f''(0)=-1, f'''(x)=\dfrac{-2}{(1-x)^3}\Longrightarrow f'''(0)=-2 \) etc. , luego \( \ln(1-x)\simeq f(0)+\dfrac{f'(0)}{1!}x+\dfrac{f''(0)}{2!}x^2+\dfrac{f''(0)}{3!}x^3+\cdots +\dfrac{f^{n)}(0)}{n!}x^n=-x-\dfrac{x^2}{2}-\dfrac{x^3}{3}-\cdots -\dfrac{x^n}{n} \)
Saludos

30 Noviembre, 2023, 05:45 pm
Respuesta #8

Frankoper

  • $$\Large \color{#5372a0}\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 95
  • País: ar
  • Karma: +0/-0
Hola!

Porque cuando integro esta formula \( \frac{1}{1-x}=1+x+x^{2}+...+x^{n}+\frac{x^{n+1}}{1-x} \) me da diferente al polinomio de Taylor que obtengo por definición.

\( \int \frac{1}{1-x}= \int 1+x+x^{2}+x^{3}+...+\int \frac{x^{n+1}}{1-x} \)\( \neq \)\( P(x)= \)\( -x-\frac{x^{2}}{2}-\frac{x^{3}}{3}-...-\frac{x^{n}}{n} \)

Saludos
Hola:
Me parece que para obtener \( \ln(1-x) \) deberías integrar \( \displaystyle\int\dfrac{-1}{1-x}\,dx \) y entonces
\( \displaystyle\int\dfrac{-1}{1-x}\,dx\simeq \displaystyle\int ( -1-x-x^2-x^3-\cdots - x^{n-1})\,dx=-x-\dfrac{x^2}{2}-\dfrac{x^3}{3}-\cdots -\dfrac{x^n}{n} \) que es el polinomio de Taylor de grado \( n \) asociado a \( \ln(1-x) \)
Saludos

Claro! por eso no me coincidía el signo.

Muchas gracias a todos,

Saludos