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Prueba

Deseo demostrar la siguiente desigualdad para $x\ne 0$:
$$\cos x < 1 - \frac{x^2}{2} +\frac{x^4}{24}$$

Utilizando el hecho de que yo ya prove:
$$\cos x > 1 - \frac{x^2}{2}$$

Yo:
$\cos x = 1 - \frac{x^2}{2} +\frac{x^4}{24} + R_2(x)$ donde $R_2(x)$ es el resto con el fin de $n=2$.

Por Lagrange del formulario del resto:

$$R_2(x) = \frac{cos^{(3)}(c)}{(3)!}x^3 = \frac{\sin c}{6}x^3$$

WLOG asumimos $x>0$ $0<c<x$

Ahora, lo que queda por demostrar es que: $$R_2(x) < \frac{x^4}{24}$$

Pero, tengo el extraño resultado: $x<4$.

¿Qué hice mal / ¿qué debo hacer?

Quiero confiar en esta desigualdad: $\cos x > 1 - \frac{x^2}{2}$

8voto

Oli Puntos 89

Por la simetría de $\cos$$x=0$, sólo tenemos que demostrarlo positivos $x$. Desde $\cos t\gt 1-\frac{t^2}{2!}$, hemos de positivos $x$ que $$\sin x=\int_0^x \cos t\,dt\gt \int_0^x \left(1-\frac{t^2}{2!}\right)\,dt=x-\frac{x^3}{3!}.$$ Hacerlo de nuevo. Tenemos $$1-\cos x=\int_0^x \sin t\,dt\gt \int_0^x \left(t-\frac{t^3}{3!}\right)\,dt,$$ que nos da lo que queremos. Y si queremos seguir, no hay nada que nos detenga.

Comentario: Uno lo puede hacer con la diferenciación. Primero vamos a probar que para los positivos $x$ tenemos $\sin x\gt x-\frac{x^3}{3!}$.

Deje $f(x)=\sin x-\left(x-\frac{x^3}{3!}\right)$. Tenemos $f(0)=0$. Para mostrar que $f(x)\gt 0$$x\gt 0$, es suficiente para demostrar que $f(x)$ es cada vez mayor.

Tenga en cuenta que $f'(x)=\cos x-\left(1-\frac{x^2}{2!}\right)$. Por el resultado que usted desea utilizar, tenemos $f'(x)\gt 0$ si $x\gt 0$. De ello se desprende que $f(x)$ es cada vez mayor.

Para su pregunta sobre $1-\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}$, hacerlo de nuevo. Deje $g(x)=1-\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}-\cos x$. Tenemos $g(0)=0$, y quieres probar $g(x)$ es el aumento de $x\gt 0$.

Para esto, vamos a utilizar el hecho de que $g'(x)\gt 0$. Tenga en cuenta que $g'(x)=\sin x-\left(x-\frac{x^3}{3!}\right)$, y sólo hemos demostrado que esto es positivo.

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