Plantea las derivadas sucesivas de la función:
f(0)(x) = x*e1-x, que evaluada en el centro de desarrollo queda: f(0)(1) = 1, y su coeficiente queda: a0 = f(0)(1)/0! = 1/1 = 1;
f(1)(x) = e1-x - x*e1-x, que evaluada en el centro de desarrollo queda: f(1)(1) = 0, y su coeficiente queda: a1 = f(1)(1)/1! = 0/1 = 0;
f(2)(x) = -2*e1-x + x*e1-x, que evaluada en el centro de desarrollo queda: f(2)(1) = -1, y su coeficiente queda: a2 = f(2)(2)/2! = -1/2;
f(3)(x) = 3*e1-x - x*e1-x, que evaluada en el centro de desarrollo queda: f(3)(1) = 2, y su coeficiente queda: a3 = f(3)(2)/3! = 2/6 = 1/3;
f(4)(x) = -4*e1-x + x*e1-x, que evaluada en el centro de desarrollo queda: f(4)(1) = -3, y su coeficiente queda: a4 = f(4)(1)/4! = -3/24 = -1/8;
y para el error plantea:
f(5)(x) = 5*e1-x - x*e1-x, que evaluada en un valor genérico queda: f(5)(z) = 5*e1-z - z*e1-z = (5 - z)*e1-z,
y su coeficiente queda: a5(z) = (5 - z)*e1-z/5! = (5 - z)*e1-z/120, con z comprendido entre 1 y x.
a)
Plantea la expresión del Polinomio de Taylor de orden 4:
P4(x) = a0 + a1*(x - 1) + a2*(x - 1)2 + a3*(x - 1)3 + a4*(x - 1)4,
reemplazas coeficientes, cancelas el término nulo, y queda:
P4(x) = 1 - (1/2)*(x - 1)2 + (1/3)*(x - 1)3 - (1/8)*(x - 1)4.
b)
Observa que debes aproximar el valor de √(e) = e1/2 = 1*e1-1/2 = 2*(1/2)*e1-1/2:
por lo que puedes plantear (observa los factores remarcados), que el punto de desarrollo es: x = 1/2:
√(e) ≅ 2*( P4(1/2) + R4(1/2) ) = 2*P4(1/2) + 2*R4(1/2);
luego, reemplazas la expresión evaluada del Polinomio de Taylor, y queda:
√(e) ≅ 2*( 1 - 1/8 - 1/24 - 1/128) = 2*(317)/384 = 317/192 ≅ 1,651041667,
y observa que la calculadora indica: √(e) ≅ 1,648721271, por lo que el error queda: ε ≅ 0,002320396.
Luego, planteas la expresión del error, sustituyes la expresión del resto de Lagrange en ella, y queda:
ε = 2*R4(x) = 2*a5(z)*(x - 1)5; evalúas para el punto de desarrollo, y queda:
ε = 2*a5(z)*(1/2 - 1)5 = 2*a5(z)*(-1/32), resuelves productos entre números, y queda:
ε = -(1/16)*a5(z), sustituyes la expresión del coeficiente, y queda:
ε = -(1/16)*(5 - z)*e1-z/120, resuelves la división entre números, y queda:
ε = -(1/1920)*(5 - z)*e1-z, con 1/2 ≤ z ≤ 1,
que es la expresión del error cometido al aproximar el valor de la función con el Polinomio de Taylor de orden 4.
Luego, plantea la estimación del error:
ε ≤ |ε| = (1/1920)*(5 - z)*e1-z ≤ observa que la expresión toma su valor máximo para z = 1/2 ≤ (1/1920)*(5 - 1/2)*e1-1/2 =
= (1/1920)*(9/2)*e1/2 = (3/1280)*e1/2 ≤ observa que e es menor que 4 ≤ (3/1280)*41/2 = (3/1280)*2 = 3/640 = 0,0046875,
que es una cota del error cometido (observa que es mayor que el error que obtuvimos al emplear la calculadora).
Espero haberte ayudado.