2406
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1 n |
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(n |
3)! |
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20. |
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1 n |
n |
1 |
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n 1 |
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2nn |
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n 1 |
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n3 |
||||||||||||
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1 n |
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|
n |
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( |
1)n |
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21. |
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tg |
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. |
22. |
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. |
||||||
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4 |
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n 0 22n 1 (2n |
1) |
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n 1 |
5n 1 |
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|
n |
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1 n 1 |
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|||||||||||
23. |
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1 n |
sin n |
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n |
. |
24. |
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n 1 |
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n 1 |
n4 2n 3 |
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n n |
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25. |
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1 n sin |
n |
. |
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||||||||||||||
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n 1 |
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2n |
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Задача 8. Найти область сходимости ряда.
1. |
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n 2 3 |
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x 3 2n . |
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2. |
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1 n |
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x 3 n . |
||||||
2n 3 |
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(n 1)5n |
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n 1 |
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n 1 |
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3. |
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x 1 2n |
. |
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4. |
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1 n (n 1) |
x 7 n . |
||||||
|
n9n |
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(n 3)2 2n 1 |
|||||||||||||
n 1 |
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n 1 |
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||||||||||||
5. |
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1 n 1 |
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x |
2 |
2n |
. |
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6. |
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x |
5 2n |
1 |
|
. |
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||||||
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2n |
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3n |
8 |
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n 1 |
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|
n 1 |
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|||||||
7. |
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|
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1 n |
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x 6 |
n |
. |
8. |
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x |
6 n |
|
. |
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(n 3) ln(n |
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3) |
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2)3 |
n |
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n 1 |
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n 1 (n |
|
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33
|
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x |
5 2n 1 |
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9. |
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. |
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n 1 (2n |
1)4n |
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|||||||||
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x |
2 n |
|
||||
11. |
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|
. |
|
||||
n |
1 |
(3n |
1)2n |
|
|||||||
13. |
|
|
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x |
5 n |
|
|
||||
n 1 |
3n |
|
|||||||||
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|||||||||
15. |
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|
1 n |
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x 6 n . |
||||
n |
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1 (3n |
1)3n |
||||||||
|
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|
x6 n
17.n 1 (n 3)2n .
19. |
|
|
3n |
2 |
x |
3 n . |
||||
(n |
1) 2 2n |
|||||||||
n 1 |
|
|
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||||||
21. |
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1 n |
x |
4 n . |
||||
(4n |
1)3n |
|||||||||
n 1 |
|
|
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||||||
23. |
|
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( |
1)n |
x |
3 |
n |
. |
||
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|
(3n |
1)2n |
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||||||
n 1 |
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|
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||||||
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|
n 3 |
|
2n 1 |
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25. |
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x |
4 |
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|
. |
|
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n 1 |
(n |
3)! |
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10. |
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x |
7 2n 1 |
|
. |
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n 1 (2n2 |
|
5n)4n |
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12. |
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3n |
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x |
2 3n . |
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||||||||||
n 1 |
(5n |
8) |
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|||||||||||||
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14. |
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n |
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x |
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2 n . |
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n 1 |
n 2 |
1 |
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16. |
|
n |
1 |
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x |
|
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4 2n . |
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n 1 |
(3n |
1)3 |
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||||||||||||
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18. |
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n 5 |
|
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x |
5 |
2n |
1 |
. |
||||||
|
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n 1 |
(n 1)! |
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20. |
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x |
5 n |
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. |
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||||||
n 1 (n |
4) ln(n |
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4) |
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||||||||||||
22. |
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n 2 |
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x |
1 |
2n |
1 |
. |
||||
n 1 |
(n |
2)! |
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|||||||||||
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||||||||
24. |
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|
2n |
|
|
x |
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1 3n . |
||||||||
n 1 |
(3n |
1) 2 |
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|||||||||||
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34
Задача 9. Найти радиус сходимости и интервал сходимости степенного ряда, исследовать ряд на сходимость на концах интервала сходимости.
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3n x 1 n . |
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n |
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1 x |
2 n |
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n |
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2 |
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n |
xn . |
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1. |
2. |
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. 3. |
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4n 2 |
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n 0 |
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n 5 |
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n 0 |
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n . |
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4. |
3ln2 n x 3 n . |
5. |
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n! |
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x |
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6. |
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nn |
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x n . |
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n 1 |
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n |
1 |
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n |
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n 1 |
n! |
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7. |
n! |
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x |
|
n . |
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8. |
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n 1 2 |
x5n . |
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n 1 |
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n |
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n |
1 |
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3n |
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|||||
9. |
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1 |
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1 |
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n |
arctg e n |
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x |
1 n . |
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n |
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|||||||||||||||
n 1 |
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n3 |
|
3 |
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n3 |
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n |
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|
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n |
1 |
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|
n |
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||||||||
10. |
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( x |
1) |
|
. |
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11. |
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1 |
arctg |
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|
x |
|
|
2 |
|
. |
||||||||||
|
|
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n |
5 |
|
|
|
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|
n2 |
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||||||||||||||||||||||||||||
n |
1 |
|
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|
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n 1 |
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|
|
|
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|||||||||||
12. |
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|
1 |
xn . |
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13. |
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1 n . |
||||||||||||||
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ln cos |
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sin |
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n |
1 |
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n |
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x |
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|||||||||||||||||||||||
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n |
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n 1 |
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|
3 |
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|
n 1 |
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14. |
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sin |
n2 |
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x 3 |
n |
. |
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15. |
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arc sin |
1 |
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x |
3 |
n |
. |
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||||||||||||||||||
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2 |
n |
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|
|
n |
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|
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||||||||||||||||||||||||
n 1 |
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|
|
|
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|
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|
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n 1 |
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|
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|
3 |
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|
|
|
|
|
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||||||
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1 |
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|
x n |
|
|
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n2 |
3 |
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|||||
16. |
|
|
|
|
|
. |
|
|
17. |
|
|
|
arctg |
|
|
|
|
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x |
|
|
|
|
|
. |
|
|
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||||||||||||||||||
|
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|||||||||||||||
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n n |
|
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n 1 |
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n2 |
3 1 |
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|
3 |
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n 1 |
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|
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|
35
18. |
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2n |
|
1 n |
( x |
2)n . |
19. |
1 |
|
|
|
|
x |
1 |
n . |
||||||||||
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||||||
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3n |
|
2 |
|
|
|
|
3 n |
3 |
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n 1 |
|
|
|
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|
|
|
|
n 1 |
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||||||||||||||
|
|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||||
20. |
|
|
|
n4 |
|
|
3 |
|
|
x |
2 n . |
21. |
4n2 |
|
|
x |
1 n2 . |
||||||||
|
|
n3 |
|
4n |
|
|
|||||||||||||||||||
n 1 |
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
22. |
x |
1 2 |
ln |
3n |
2 |
. |
23. |
3n |
n3 |
2 x 1 2n . |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3n |
2 |
|||||||||||||||||
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|
|
n |
1 |
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||||||||||||||||||||
n 1 |
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|
|
n 0 |
|
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|||||
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x |
3 |
n2 |
|
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|
|
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|
1 |
|
n |
|||||||||||||
24. |
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|
. |
|
|
|
25. |
1 |
|
xn . |
||||||||||||||
|
|
|
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|||||||||
|
|
|
nn |
|
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|
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|
n |
||||||||||||
n 0 |
|
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|
|
|
n 0 |
|
|
|
|
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Задача 10. Найти множество E всех значений xпри которых определена функция f(x), и исследовать ее на непрерывность на E.
1. f ( x) |
|
arctgx |
|
. |
|
|
|
||
|
||||
n 1 3 |
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3. |
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( |
|
1)n |
|
|
. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
n 1 |
x2 |
3 n4 |
||||||
5. |
f ( x) |
ln4 |
x |
. |
|
|
|||
n2 |
|
|
|
|
|||||
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
7. |
f (x) |
n 4 cos x . |
|||||||
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.f ( x)
4.f ( x)
6.f (x)
8.f (x)
1
n 1 arcsin n2 x4 .
xe n2 x .
n 1
2n ln(1 |
sin |
|
|
1 |
|
) . |
|
|
|
|
|||
|
n |
|
|
|||
n 1 |
3 |
|
|
x |
ne nx .
n 1
36
9. f (x) |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
. |
|
10. |
f ( x) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
n 1 n2 (n |
1)2 |
x2 |
||||||||||||||||||
11. |
f ( x) |
|
|
|
e n2 x2 cosnx . |
|
|
|
12. |
f (x) |
||||||||||
|
|
n |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13. |
f (x) |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
. |
|
|
|
|
14. |
f (x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
n 1 (1 |
x2 )n |
|
|
|
||||||||||||||||
15. |
f (x) |
|
|
e n2 x2 1 |
x2 . |
|
|
|
||||||||||||
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
16. |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
n |
|
|
|
|
|
1 |
) . |
|
|||
f ( x) |
|
|
|
|
|
|
ln(1 sin |
|
|
|
||||||||||
n |
1 |
|
|
2 |
|
4n |
x |
|
||||||||||||
|
f ( x) |
|
( |
1)n |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
17. |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
18. |
f ( x) |
||||
n |
1 n |
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
19. |
f ( x) |
|
|
|
|
cos(n2 |
1)x |
. |
|
|
20. |
f ( x) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
n 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin nx |
|
|
|
|
|
f ( x) |
|||||
21. |
f ( x) |
|
|
|
|
|
. |
|
22. |
|||||||||||
n |
|
1 n2 ln2 (n |
1) |
|
n2 x . n 1 n(n 1)
|
x |
1 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
n |
|
|
||
|
|
|
|||
|
lnn (x2 |
1) |
. |
||
|
|
4 |
|
||
|
|
|
|
n 1 |
x 3 |
|
x3e nx .
n 1
x
n 1 n2 x2 .
|
ln( |
x |
1) |
. |
|
|
|
|
|
||
n 1 (n |
x)2 |
|
23. f ( x) |
e (n x ) |
2 |
. |
24. f (x) |
arctg3 |
1 |
|
|
. |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
||||||
|
x 3 n2 |
||||||||
|
n 1 |
|
|
|
n 1 |
|
|
37
25. f (x) |
1 |
|
arcsin2 |
1 |
|
|
. |
|
|
|
|
(x4 |
|
|
|||
|
|
|||||||
n 1 |
|
n |
n) |
Задача 11. Найти сумму ряда.
1. |
4n2 |
9n 5 xn 1 . |
||
n 0 |
|
|
|
|
3. |
n2 |
5n |
3 x n . |
|
n 0 |
|
|
|
|
5. |
2n2 |
7n 5 xn 1 . |
||
n 0 |
|
|
|
|
7. |
2n2 |
n |
1 x n . |
|
n 0 |
|
|
|
|
9. |
2n2 |
2n |
|
1 x n . |
n 0 |
|
|
|
|
11. |
n2 |
5n |
|
4 xn 2 . |
n |
0 |
|
|
|
13. |
2n2 |
5n |
3 xn 1 . |
|
n |
0 |
|
|
|
15. |
3n2 |
5n |
4 xn . |
|
n |
0 |
|
|
|
2. |
n2 |
n |
x n 2 . |
|
n 0 |
|
|
|
|
4. |
3n2 |
8n 5 x n 1 . |
||
n 0 |
|
|
|
|
6. |
n 2n2 |
1 xn 2 . |
||
n 0 |
|
|
|
|
8. |
n2 |
7n |
|
4 xn . |
n 0 |
|
|
|
|
10. |
n2 |
2n |
|
2 xn 2 . |
n |
0 |
|
|
|
12. |
3n2 |
7n |
4 xn . |
|
n |
0 |
|
|
|
14. |
2n2 |
8n |
5 xn . |
|
n |
0 |
|
|
|
16. |
n2 |
n |
1 xn . |
|
n |
0 |
|
|
|
38
17. |
3n2 |
5n |
4 xn 1 . |
|
18. |
2n2 n |
2 xn 1 . |
|
n 0 |
|
|
|
|
|
n 0 |
|
|
19. |
n2 |
2n |
1 x n 1 . |
|
20. |
n2 |
4n |
3 xn 1 . |
n 0 |
|
|
|
|
|
n 0 |
|
|
21. |
2n2 |
2n |
1 x n . |
22. |
n2 |
6n |
5 xn 1 . |
|
n 0 |
|
|
|
|
n 0 |
|
|
|
23. |
2n2 |
n |
1 xn 1 . |
24. |
n2 |
9n |
5 xn |
1 . |
n 0 |
|
|
|
|
n 0 |
|
|
|
25. |
4n2 |
6n |
5 xn . |
|
|
|
|
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
39
ГЛАВА II ПРИМЕНЕНИЕ СТЕПЕННЫХ РЯДОВ
2.1.Разложение некоторых элементарных функций в ряд Тейлора (Маклорена)
Приведем таблицу, содержащую разложения в ряд Маклорена некоторых элементарных функций:
|
ex |
1 |
|
x |
|
|
|
x2 |
|
|
|
xn |
|
, |
x |
|
|
( |
|
, |
) |
|
|
(2.1) |
||||||||||||
|
1! |
|
|
|
2! |
|
|
|
n! |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
sin x |
|
x |
|
x3 |
|
|
|
|
|
x5 |
|
( |
1)n |
|
|
x2n 1 |
|
|
, |
x |
( |
, ) |
|||||||||||||
|
|
3! |
|
|
|
|
5! |
|
|
(2n |
1)! |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.2) |
|
cos x |
|
1 |
|
|
x 2 |
|
|
|
|
|
x 4 |
|
( |
1)n |
|
x 2n |
|
|
|
, |
x |
( |
, |
) (2.3) |
||||||||||||
|
|
|
2! |
|
|
|
|
|
4! |
|
(2n)! |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
(1 x) |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
x |
|
( 1) |
x2 |
|
|
|
|
( |
|
1) ( |
n 1) |
xn |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1! |
|
|
|
|
|
|
2! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n! |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,1 |
, |
если |
|
|
0, |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
1,1 , если |
|
1 |
|
0, |
(2.4) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,1 |
|
, |
если |
|
|
1, |
|
|
|||||
1 |
|
|
1 |
|
|
x |
|
|
x2 |
xn |
, |
x |
( |
|
1,1) |
|
|
(2.5) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
1 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40
ln(1 |
x) |
|
|
x |
|
|
|
x2 |
|
|
|
x3 |
( |
1)n |
xn 1 |
|
, |
x |
1,1 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.6) |
arctgx |
|
|
|
x |
|
|
x3 |
|
x5 |
|
|
( |
|
1)n |
x2n 1 |
, |
x |
1,1 |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
5 |
|
|
|
2n |
1 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.7) |
arcsinx |
|
x |
|
|
1 x3 |
1 3 x5 |
|
|
1 3 5 x7 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
2 3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
4 5 |
2 4 6 7 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 3 5 (2n 1) x 2n 1 |
|
, x |
|
|
1,1 |
(2.8) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
4 6 (2n) |
|
|
|
|
2n |
1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
sh x |
x |
|
x3 |
|
|
|
x5 |
|
|
|
|
x 2n |
1 |
|
|
|
, |
x |
( |
, |
) (2.9) |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
3! |
|
|
5! |
|
|
(2n |
1)! |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x 2 |
|
|
|
|
x 4 |
|
|
|
|
|
|
x 2n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
ch x |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
x |
|
|
|
( |
|
, ) |
|
(2.10) |
|||||||||||||||||||||
|
|
2! |
|
|
|
|
|
4! |
|
(2n)! |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
Пример 1. Разложить в ряд Маклорена функцию |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
f (x) 3x . |
|
|
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|||
|
Решение: Так как 3x |
|
|
eln 3x |
e x ln 3 , |
то, |
заменяя x на |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x ln3 в разложении (2.1), получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3x |
1 |
|
|
ln 3 |
x |
|
|
|
|
|
ln2 3 |
x2 |
|
ln3 3 |
x3 |
|
|
|
|
lnn 3 |
xn |
, |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1! |
|
|
|
2! |
|
|
|
|
|
|
|
|
3! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n! |
|
|
|
|
x ( , ) .
41
Пример 2. Разложить в ряд Маклорена функцию f (x) ln(4 x) .
Решение. Так как
f (x) ln(4 x) ln 4 1 |
x |
ln 4 ln 1 |
x |
, |
|
|
|
||||
4 |
4 |
||||
|
|
|
то, воспользовавшись формулой (2.6), в которой заменим
x на |
|
|
x |
, получим: |
|
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|
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|
||||||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|||||||||||
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ln(4 |
|
|
x) |
|
ln 4 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
, |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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или |
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ln(4 |
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x) |
ln 4 |
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x |
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1 |
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x2 |
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1 |
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xn 1 |
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, |
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4 |
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42 |
2 |
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4n 1 |
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n 1 |
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если |
1 |
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x |
1 |
, т.е. |
4 |
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x |
4 . |
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Пример 3. Разложить в ряд Маклорена функцию |
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f (x) |
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2 |
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x |
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Решение. Воспользуемся формулой (2.5). Так как |
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f (x) |
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2 |
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2 |
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x |
3 |
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x |
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3 |
1 |
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x |
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3 |
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то заменив |
x |
на |
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x |
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в формуле (2.5), получим: |
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3 |
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