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Encontrar taylor de $\psi (z)$ donde $(e^z-1)^2=z^2 \psi (z)$ - 3 primeros trimestres

Me pidieron que encontrara los tres primeros términos de la serie taylor de $\psi (z)$ alrededor de $z=0$ donde $(e^z-1)^2=z^2 \psi(z)$

y estoy teniendo algunas dificultades.

Mi idea original era decir $\psi (z)=\frac{(e^z-1)^2}{z^2}$ y luego encontrar la serie de taylor de $(e^z-1)^2$ en $z=0$ , encontrar la serie taylor de $\frac{1}{z^2}$ en $z=0$ y se multiplican. El problema es que no existe la serie taylor de $\frac{1}{z^2}$ en $z=0$ ya que no es analítica, ni continua, ni siquiera está definida en $z=0$ . Así que fue una mala idea.

Mi segunda idea "funcionó", pero quiero comprobar mi respuesta.

La idea era encontrar la serie taylor de $f(z)=(e^z-1)^2$ . Es fácil ver que $f(0)=f'(0)=0$ por lo que los dos primeros términos son $0$ y para cualquier $n \geq 2$ : $f^{(n)}(z)=2e^z$ y así $f^{(n)}(0)=2$

Así que la serie taylor de $f$ alrededor de $z=0$ es $f(z)=\frac{2}{2!}z^2+\frac{2}{3!}z^3+\frac{2}{4!}z^4+...$

Así que tenemos

$\frac{2}{2!}z^2+\frac{2}{3!}+\frac{2}{4!}z^4+...=z^2 \psi(z)$ y así $\psi(z)=\frac{2}{2!}+\frac{2}{3!}z+\frac{2}{4!}z^2+...$ y especificamos los tres primeros términos.

¿Es correcto este resultado? Me cuestiono porque desafía la lógica que no sea posible de la manera anterior (de encontrar el taylor de $\frac{1}{z^2}$ ) pero aquí estoy obteniendo un resultado correcto.

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Jherico Puntos 12554

El método es correcto. Pero has cometido un error en el cálculo de la derivada. La primera derivada es $2(e^z -1)e^z = 2(e^{2z}-e^z)$ el segundo es entonces $2(2e^{2z}-e^z)$ y así sucesivamente. Así que tienes $ (2^{n} - 2)$ no es lo que usted afirma.

La razón por la que esto funciona pero parece que lo anterior no funciona es similar al hecho de que se puede calcular $12 : 4 = 3$ en los enteros pero $12 \ \frac{1}{4}$ no tiene sentido en los enteros . Por supuesto que tiene sentido en los racionales.

El análogo de los racionales aquí, sería la serie de Laurent.

3voto

Tenemos

$$\psi(z)=\left(\frac{e^z-1}{z}\right)^2=\left(1+\frac {z}2+\frac{z^2}{6}+o(z^2)\right)^2=1+z+\frac{7}{12}z^2+\frac14z^3+o(z^3)$$

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MPW Puntos 14815

Has cometido un error en tu segundo enfoque. Tus derivadas de $f$ están equivocados.

Si $f(z)=(e^z-1)^2$ entonces $f^{(n)}(z) = 2^ne^{2z}-2e^z$ Así que $f^{(n)}(0)=2^n-2$ .

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