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Modul 105 Taylor

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Modul 105 Taylor

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2

Sind wir auf dem Maximum?

x

y

ab

globalesMaximum

lokalesMinimum

globaleMaximalstelle

lokaleMinimalstelle

y = f x( )

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3

x

y

a

b

x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7

Monotonie-Intervalle zwischen den Extremalstellen

y = f x( )

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4

Stationäre Stellen:

! f x0( ) = 0

Extrema

x

y

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5

Stationäre Stellen:

! f x0( ) = 0

Konstante Funktion

x

y

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6

Stationäre Stellen:

! f x0( ) = 0

Terrassenpunkt

x

y

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7

Auf der Suche nach Extremstellen:

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8

Auf der Suche nach Extremstellen:

Randextrema

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9

Auf der Suche nach Extremstellen:

(Relative) Randextrema

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10

Auf der Suche nach Extremstellen:

Spitze, nicht differenzierbar

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11

Auf der Suche nach Extremstellen:

Sprungstelle, nicht differenzierbar

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12

Auf der Suche nach Extremstellen:

Klassischer Fall: Stationäre Stelle

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13

Auf der Suche nach Extremstellen:

Vorsicht: Stationäre Stelle als Terrassenpunkt

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14

Sichere Extremalstelle:Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung

x

y

a b!f < 0f fallend

!f > 0f wachsend

!f x0( ) = 0f stationär

y = f x( )

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15

Zweite Ableitung

x

y

a bx

y

a b

positiverDrehsinn

negativerDrehsinn

!f nimmt ab,daher ist !!f < 0

!f wächst,daher ist !!f > 0

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16

Zweite Ableitung

x

y

a bx

y

a b

positiverDrehsinn

negativerDrehsinn

!f nimmt ab,daher ist !!f < 0

!f wächst,daher ist !!f > 0

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17

x

y

a b

positiverDrehsinn

Zweite Ableitung

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

!f wächst,daher ist !!f > 0

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18

Zweite Ableitung

Umkehrung gilt nicht!

x

y

a b

positiverDrehsinn

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

!f wächst,daher ist !!f > 0

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19

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum Umkehrung gilt nicht!

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20

Umkehrung gilt nicht!

f x( ) = x4

!f x( ) = 4x3 " !f 0( ) = 0

!!f x( ) = 12x2 " !!f 0( ) = 0

Minimum bei x = 0, aber !!f 0( ) = 0

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

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f x( ) = x4

!f x( ) = 4x3 " !f 0( ) = 0

!!f x( ) = 12x2 " !!f 0( ) = 0

Minimum bei x = 0, aber !!f 0( ) = 0

Umkehrung gilt nicht!

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

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22

f x( ) = x4

!f x( ) = 4x3 " !f 0( ) = 0

!!f x( ) = 12x2 " !!f 0( ) = 0

Minimum bei x = 0, aber !!f 0( ) = 0

Umkehrung gilt nicht!

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

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23

Umkehrung gilt nicht!

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

f x( ) = x4

!f x( ) = 4x3 " !f 0( ) = 0

!!f x( ) = 12x2 " !!f 0( ) = 0

Minimum bei x = 0, aber !!f 0( ) = 0

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24

f x( ) = x4

!f x( ) = 4x3 " !f 0( ) = 0

!!f x( ) = 12x2 " !!f 0( ) = 0

Minimum bei x = 0, aber !!f 0( ) = 0

Vergleich mitStandardparabel

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

y = x2

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Zweite Ableitung

x

y

a bx

y

a b

positiverDrehsinn

negativerDrehsinn

!f nimmt ab,daher ist !!f < 0

!f wächst,daher ist !!f > 0

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

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x

y

a bx

y

a b

positiverDrehsinn

negativerDrehsinn

!f nimmt ab,daher ist !!f < 0

!f wächst,daher ist !!f > 0

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) > 0

"

#$$

%$$

& Minimum

!f x0( ) = 0

UND

!!f x0( ) < 0

"

#$$

%$$

& Maximum

Zweite Ableitung

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Taylorpolynome und Taylorreihen

Brook Taylor1685 - 1731

Idee:Lineare Approximationverallgemeinern

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation durch Konstante

One size fits all.

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Lineare Approximation (Tangente)

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Quadratische Approximation (tangentiale Parabel)

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation dritten Grades

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation vierten Grades

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation fünften Grades

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation sechsten Grades

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation siebten Grades

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation achten Grades

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation neunten Grades

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation zehnten Grades

Entwicklung an der Stelle x0 = ! 12

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f x( ) ! f x0( )

f x( ) ! f x0( ) + "f x0( ) x # x0( )

f x( ) ! f x0( ) + "f x0( ) x # x0( ) + ?( ) x # x0( )2

Formales

(Grobe) Approximation durch Konstante

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40

f x( ) ! f x0( )

f x( ) ! f x0( ) + "f x0( ) x # x0( )

f x( ) ! f x0( ) + "f x0( ) x # x0( ) + ?( ) x # x0( )2

Formales

(Grobe) Approximation durch Konstante

Lineare Approximation

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Formales

(Grobe) Approximation durch Konstante

Lineare Approximation

Was passt hier?

f x( ) ! f x0( )

f x( ) ! f x0( ) + "f x0( ) x # x0( )

f x( ) ! f x0( ) + "f x0( ) x # x0( ) + ?( ) x # x0( )2

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p x( ) = a0!

f x0( )+ a1

!

"f x0( )x # x0( ) + a2

!?

x # x0( )2 + a3!?

x # x0( )3 + $ $ $ + an!?

x # x0( )n

Was passt hier?

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p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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44

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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45

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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46

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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47

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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49

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

VorsichtFaktor

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50

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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51

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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52

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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53ak = 1

2!3!4! !!! !k fk( ) x0( )Allgemein:

p x( ) = a0 + a1 x ! x0( ) + a2 x ! x0( )2 + a3 x ! x0( )3 + " " " + an x ! x0( )np x0( ) = a0 = f x0( ) (hatten wir schon)

#p x( ) = a1 + 2a2 x ! x0( ) + 3a3 x ! x0( )2 + " " " + nan x ! x0( )n!1

#p x0( ) = a1 = #f x0( ) (hatten wir schon)

##p x( ) = 2a2 + 2 " 3a3 x ! x0( ) + " " " + n !1( )nan x ! x0( )n!2

##p x0( ) = 2a2 =!

##f x0( ) (aus Systemgründen) $ a2 = 12 ##f x0( )

###p x( ) = 2 " 3a3 + " " " + n ! 2( ) n !1( )nan x ! x0( )n!3

###p x0( ) = 2 " 3a3=!

###f x0( ) (aus Systemgründen) $ a3 = 12"3 ###f x0( )

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54

ak = 12!3!4! !!! !k f

k( ) x0( )

ak = 11!2!3!4! !!! !k f

k( ) x0( )

ak = 1k! f

k( ) x0( )

k-te Ableitung

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55

ak = 12!3!4! !!! !k f

k( ) x0( )

ak = 11!2!3!4! !!! !k f

k( ) x0( )

ak = 1k! f

k( ) x0( )

k-te Ableitung

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56

k-te Ableitung

1! 2 ! 3 ! 4 ! ! ! ! ! k = k! "k - Fakultät"( )

ak = 12!3!4! !!! !k f

k( ) x0( )

ak = 11!2!3!4! !!! !k f

k( ) x0( )

ak = 1k! f

k( ) x0( )

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57

1! 2 ! 3 ! 4 ! ! ! ! ! k = k! "k - Fakultät"( )0! = 1

1! = 1

2! = 1•2 = 2

3! = 1•2•3 = 6

4! = 1•2•3•4 = 24

5! = 120

6! = 720

7! = 5040

•4

•5

•6

•7

•3

•2

•1

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58

1! 2 ! 3 ! 4 ! ! ! ! ! k = k! "k - Fakultät"( )0! = 1

1! = 1

2! = 1•2 = 2

3! = 1•2•3 = 6

4! = 1•2•3•4 = 24

5! = 120

6! = 720

7! = 5040

•4

•5

•6

•7

•3

•2

•1

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59

1! 2 ! 3 ! 4 ! ! ! ! ! k = k! "k - Fakultät"( )0! = 1

1! = 1

2! = 1•2 = 2

3! = 1•2•3 = 6

4! = 1•2•3•4 = 24

5! = 120

6! = 720

7! = 5040

•4

•5

•6

•7

•3

•2

•1

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60

1! 2 ! 3 ! 4 ! ! ! ! ! k = k! "k - Fakultät"( )0! = 1

1! = 1

2! = 1•2 = 2

3! = 1•2•3 = 6

4! = 1•2•3•4 = 24

5! = 120

6! = 720

7! = 5040

•4

•5

•6

•7

•3

•2

•1

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61

1! 2 ! 3 ! 4 ! ! ! ! ! k = k! "k - Fakultät"( )0! = 1

1! = 1

2! = 1•2 = 2

3! = 1•2•3 = 6

4! = 1•2•3•4 = 24

5! = 120

6! = 720

7! = 5040

•4

•5

•6

•7

•3

•2

•1

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62

1! 2 ! 3 ! 4 ! ! ! ! ! k = k! "k - Fakultät"( )0! = 1

1! = 1

2! = 1•2 = 2

3! = 1•2•3 = 6

4! = 1•2•3•4 = 24

5! = 120

6! = 720

7! = 5040

•4

•5

•6

•7

•3

•2

•1

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63

ak = 1k! f

k( ) x0( )

p x( ) = f x0( ) + !f x0( ) x " x0( ) + 12 !!f x0( ) x " x0( )2 ++ 13! !!!f x0( ) x " x0( )3 + # # #+ 1

n! fn( ) x0( ) x " x0( )n

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n$ x " x0( )k

f x( ) % 1k! f

k( ) x0( )k=0

n$ x " x0( )k

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64

ak = 1k! f

k( ) x0( )

p x( ) = f x0( ) + !f x0( ) x " x0( ) + 12 !!f x0( ) x " x0( )2 ++ 13! !!!f x0( ) x " x0( )3 + # # #+ 1

n! fn( ) x0( ) x " x0( )n

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n$ x " x0( )k

f x( ) % 1k! f

k( ) x0( )k=0

n$ x " x0( )k

Taylorpolynom n-ten Grades an der Stelle x0

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65

ak = 1k! f

k( ) x0( )

p x( ) = f x0( ) + !f x0( ) x " x0( ) + 12 !!f x0( ) x " x0( )2 ++ 13! !!!f x0( ) x " x0( )3 + # # #+ 1

n! fn( ) x0( ) x " x0( )n

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n$ x " x0( )k

f x( ) % 1k! f

k( ) x0( )k=0

n$ x " x0( )k

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66

Taylorreihe

1k! f

k( ) x0( )k=0

!" x # x0( )k

Der kleineUnterschied

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67

Examples, examples, examples

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68

Examples, examples, examples

f x( ) = 11!x

Taylorpolynom an der Stelle x0 = 0

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69

Examples, examples, examples

f x( ) = 11!x

Taylorpolynom an der Stelle x0 = 0

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70

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

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71

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

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72

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

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73

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

InnereAbleitung

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74

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

InnereAbleitung

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75

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

InnereAbleitung

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76

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

InnereAbleitung

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77

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

InnereAbleitung

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78

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

InnereAbleitung

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79

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

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80

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = 11!x = 1! x( )!1 f 0( ) = 1

"f x( ) = !1 1! x( )!2 !1( ) = 1! x( )!2 "f 0( ) = 1

""f x( ) = !2 1! x( )!3 !1( ) = 2 1! x( )!3 ""f 0( ) = 2

"""f x( ) = !3 #2 1! x( )!4 !1( ) = 2 # 3 1! x( )!4 """f 0( ) = 2 # 3

allgemein

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

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81

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n" x ! x0( )k = 1

k! k!k=0

n" x ! 0( )k = xk

k=0

n"

p x( ) = xk

k=0

n" = 1+ x + x2 + x3 +!+ xn

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82

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n" x ! x0( )k = 1

k! k!k=0

n" x ! 0( )k = xk

k=0

n"

p x( ) = xk

k=0

n" = 1+ x + x2 + x3 +!+ xn

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83

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n" x ! x0( )k = 1

k! k!k=0

n" x ! 0( )k = xk

k=0

n"

p x( ) = xk

k=0

n" = 1+ x + x2 + x3 +!+ xn

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84

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n" x ! x0( )k = 1

k! k!k=0

n" x ! 0( )k = xk

k=0

n"

p x( ) = xk

k=0

n" = 1+ x + x2 + x3 +!+ xn

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85

f k( ) x( ) = k! 1! x( )!k!1 f k( ) 0( ) = k!

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n" x ! x0( )k = 1

k! k!k=0

n" x ! 0( )k = xk

k=0

n"

p x( ) = xk

k=0

n" = 1+ x + x2 + x3 +!+ xn

Page 86: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

86

f x( ) = 11!x

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87

f x( ) = 11!x

p0 x( ) = 1

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88

f x( ) = 11!x p1 x( ) = 1+ x

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89

f x( ) = 11!x

p2 x( ) = 1+ x + x2

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90

f x( ) = 11!x

p3 x( ) = 1+ x + x2 + x3

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91

f x( ) = 11!x

p4 x( ) = 1+ x + x2 + x3 + x4

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92

f x( ) = 11!x

p x( ) = xk

k=0

n" = 1+ x + x2 + x3 +!+ xn

f x( ) = 11!x # 1+ x + x2 + x3 +!+ xn

Erinnerung: 1+ q + q2 + $ $ $ = 11!q

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93

Examples, examples, examples

f x( ) = ln x( )Taylorreihe an der Stelle x0 = 1

Warum nicht 0?

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94

Examples, examples, examples

f x( ) = ln x( )Taylorreihe an der Stelle x0 = 1

Warum nicht 0?

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95

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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96

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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97

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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98

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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99

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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100

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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101

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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102

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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103

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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104

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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105

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f x( ) = ln x( )!f x( ) = 1

x = x"1

!!f x( ) = "1( )x"2

!!!f x( ) = "1( ) "2( )x"3

f 4( ) x( ) = "1( ) "2( ) "3( )x"4

#

#

#

#

#

f 1( ) = 0

!f 1( ) = 1

!!f 1( ) = "1

!!!f 1( ) = "1( ) "2( ) = 2!

f 4( ) 1( ) = "1( ) "2( ) "3( ) = "3!

allgemein: f k( ) 1( ) = "1( )k"1

alternierendesVorzeichen

!"# $# k "1( )!

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106

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f k( ) 1( ) = !1( )k!1 k !1( )!ak = 1

k! fk( ) x0( )

"#$

%$&

ak = 1k !1( )k!1 für k > 0

a0 = 0 weil f 1( ) = ln 1( ) = 0

'($

)$

ln x( ) = x !1( ) ! 12 x !1( )2 + 1

3 x !1( )3 ! 14 x !1( )4 ± * * * = !1( )k!1 1

k x !1( )kk=1

+,

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107

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f k( ) 1( ) = !1( )k!1 k !1( )!ak = 1

k! fk( ) x0( )

"#$

%$&

ak = 1k !1( )k!1 für k > 0

a0 = 0 weil f 1( ) = ln 1( ) = 0

'($

)$

ln x( ) = x !1( ) ! 12 x !1( )2 + 1

3 x !1( )3 ! 14 x !1( )4 ± * * * = !1( )k!1 1

k x !1( )kk=1

+,

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108

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f k( ) 1( ) = !1( )k!1 k !1( )!ak = 1

k! fk( ) x0( )

"#$

%$&

ak = 1k !1( )k!1 für k > 0

a0 = 0 weil f 1( ) = ln 1( ) = 0

'($

)$

ln x( ) = x !1( ) ! 12 x !1( )2 + 1

3 x !1( )3 ! 14 x !1( )4 ± * * * = !1( )k!1 1

k x !1( )kk=1

+,

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109

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f k( ) 1( ) = !1( )k!1 k !1( )!ak = 1

k! fk( ) x0( )

"#$

%$&

ak = 1k !1( )k!1 für k > 0

a0 = 0 weil f 1( ) = ln 1( ) = 0

'($

)$

ln x( ) = x !1( ) ! 12 x !1( )2 + 1

3 x !1( )3 ! 14 x !1( )4 ± * * * = !1( )k!1 1

k x !1( )kk=1

+,

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110

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f k( ) 1( ) = !1( )k!1 k !1( )!ak = 1

k! fk( ) x0( )

"#$

%$&

ak = 1k !1( )k!1 für k > 0

a0 = 0 weil f 1( ) = ln 1( ) = 0

'($

)$

ln x( ) = x !1( ) ! 12 x !1( )2 + 1

3 x !1( )3 ! 14 x !1( )4 ± * * * = !1( )k!1 1

k x !1( )kk=1

+,

Page 111: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

111

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

f k( ) 1( ) = !1( )k!1 k !1( )!ak = 1

k! fk( ) x0( )

"#$

%$&

ak = 1k !1( )k!1 für k > 0

a0 = 0 weil f 1( ) = ln 1( ) = 0

'($

)$

ln x( ) = x !1( ) ! 12 x !1( )2 + 1

3 x !1( )3 ! 14 x !1( )4 ± * * * = !1( )k!1 1

k x !1( )kk=1

+,

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

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112

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 113: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

113

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 114: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

114

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 115: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

115

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 116: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

116

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 117: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

117

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 118: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

118

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 119: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

119

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 120: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

120

CAS

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 121: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

121

CAS

Entwicklung an der Stelle x0 = 1

ln x( ) ! x "1( ) " 12 x "1( )2 + 13 x "1( )3 " 14 x "1( )4 + 15 x "1( )5 " 16 x "1( )6 ± # # #

Page 122: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

122

Examples, examples, examples

f x( ) = ex

Taylorpolynom an der Stelle x0 = 0

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123

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = ex f 0( ) = 1

!f x( ) = ex !f 0( ) = 1

!!f x( ) = ex !!f 0( ) = 1

!!!f x( ) = ex !!!f 0( ) = 1

allgemein

f k( ) x( ) = ex f k( ) 0( ) = 1

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124

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = ex f 0( ) = 1

!f x( ) = ex !f 0( ) = 1

!!f x( ) = ex !!f 0( ) = 1

!!!f x( ) = ex !!!f 0( ) = 1

allgemein

f k( ) x( ) = ex f k( ) 0( ) = 1

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125

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = ex f 0( ) = 1

!f x( ) = ex !f 0( ) = 1

!!f x( ) = ex !!f 0( ) = 1

!!!f x( ) = ex !!!f 0( ) = 1

allgemein

f k( ) x( ) = ex f k( ) 0( ) = 1

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126

f k( ) x( ) = ex f k( ) 0( ) = 1

p x( ) = 1k! f

k( ) x0( )k=0

n! x " x0( )k = 1

k!k=0

n! x " 0( )k = 1

k! xk

k=0

n!

p x( ) = 1k! x

k

k=0

n! = 1+ x + 12 x

2 + 16 x3 +!+ 1

n! xn

ex # 1+ x + 12 x2 + 16 x

3 +!+ 1n! x

n

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127

Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation durch Konstante

ex ! 1+ x + 12 x

2 + 16 x3 +!+ 1

n! xn

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128

Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Lineare Approximation (Tangente)

ex ! 1+ x + 12 x

2 + 16 x3 +!+ 1

n! xn

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129

Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Quadratische Approximation (tangentiale Parabel)

ex ! 1+ x + 12 x

2 + 16 x3 +!+ 1

n! xn

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130

Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation dritten Grades

ex ! 1+ x + 12 x

2 + 16 x3 +!+ 1

n! xn

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131

Beispiel : Exponenzialfunktion y = f x( ) = ex

Approximation vierten Grades

ex ! 1+ x + 12 x

2 + 16 x3 + 1

24 x4 "!+ 1

n! xn

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132

ex = 1+ x + 12 x

2 + 13! x

3 + 14! x

4 + ! !! = 1k! x

k

k=0

"#

Für x = 1 folgt:

e = 1+1+ 12 + 1

3! +14! + ! ! !

e = 1k!

k=0

"#

Taylor-Reihe

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133

ex = 1+ x + 12 x

2 + 13! x

3 + 14! x

4 + ! !! = 1k! x

k

k=0

"#

Für x = 1 folgt:

e = 1+1+ 12 + 1

3! +14! + ! ! !

e = 1k!

k=0

"#

Taylor-Reihe

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134

Formel von Euler

e = 1+1+ 12 +13! +

14! + ! ! !

e = 1k!

k=0

"#

Leonhard Euler1707 - 1783

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135

Formel von Euler e = 1+1+ 12 +13! +

14! + ! !! = 1

k!k=0

"#

k k ! 1/k ! Summe0 1 1 1.00000000001 1 1 2.00000000002 2 0.5 2.50000000003 6 0.166666667 2.66666666674 24 0.041666667 2.70833333335 120 0.008333333 2.71666666676 720 0.001388889 2.71805555567 5040 0.000198413 2.71825396838 40320 2.48016E-05 2.71827876989 362880 2.75573E-06 2.718281525610 3628800 2.75573E-07 2.718281801111 39916800 2.50521E-08 2.718281826212 479001600 2.08768E-09 2.718281828313 6227020800 1.6059E-10 2.718281828414 87178291200 1.14707E-11 2.7182818285

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136

Examples, examples, examples

f x( ) = sin x( )Taylorreihe an der Stelle x0 = 0

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137

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 138: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

138

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 139: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

139

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 140: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

140

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 141: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

141

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 142: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

142

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Jetzt fängt eswieder von vorne an.

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143

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 144: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

144

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 145: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

145

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

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146

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 147: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

147

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

Page 148: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

148

Entwicklung an der Stelle x0 = 0

f x( ) = sin x( )!f x( ) = cos x( )!!f x( ) = " sin x( )!!!f x( ) = " cos x( )

f 4( ) x( ) = sin x( )

#

#

#

#

#

f 0( ) = 0

!f 0( ) = 1

!!f 0( ) = 0

!!!f 0( ) = "1

f 4( ) 0( ) = 0

allgemein: f k( ) 0( ) =0 falls k gerade

1 falls k : 4 Rest 1 ergibt

"1 falls k : 4 Rest 3 ergibt

$

%&&

'&&

sin x( ) = x ! 13! x

3 + 15! x

5 ! 17! x

7 ± " " "

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149

sin x( ) = x ! 13! x

3 + 15! x

5 ! 17! x

7 ± " "" = !1( )k 12k+1( )! x

2k+1

k=0

#$

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150

sin x( ) = x ! 13! x

3 + 15! x

5 ! 17! x

7 ± " "" = !1( )k 12k+1( )! x

2k+1

k=0

#$ ?

Page 151: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

151

sin x( ) = x ! 13! x

3 + 15! x

5 ! 17! x

7 ± " "" = !1( )k 12k+1( )! x

2k+1

k=0

#$

Hinkendes VorzeichenAlternierendes Vorzeichen

?

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152

sin x( ) = x ! 13! x

3 + 15! x

5 ! 17! x

7 ± " "" = !1( )k 12k+1( )! x

2k+1

k=0

#$

Nur ungerade ExponentenFakultäten von ungeraden Zahlen

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153

sin x( ) = x ! 13! x

3 + 15! x

5 ! 17! x

7 ± " "" = !1( )k 12k+1( )! x

2k+1

k=0

#$

Nur ungerade ExponentenSinus ist eine ungerade Funktion

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154

sin x( ) ! x " 13! x

3 + 15! x

5 " 17! x

7 + 19! x

9 ! # # #

! 2!!!!2!

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155

sin x( ) ! x " 13! x

3 + 15! x

5 " 17! x

7 + 19! x

9 ! # # #

! 2!!!!2!

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156

sin x( ) ! x " 13! x

3 + 15! x

5 " 17! x

7 + 19! x

9 ! # # #

! 2!!!!2!

Page 157: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

157

sin x( ) ! x " 13! x

3 + 15! x

5 " 17! x

7 + 19! x

9 ! # # #

! 2!!!!2!

Page 158: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

158

sin x( ) ! x " 13! x

3 + 15! x

5 " 17! x

7 + 19! x

9 ! # # #

! 2!!!!2!

Page 159: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

159

sin x( ) ! x " 13! x

3 + 15! x

5 " 17! x

7 + 19! x

9 ! # # #

! 2!!!!2!

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160

Entwicklung bis zum Grad 39

sin x( ) ! x " 13! x

3 + 15! x

5 " 17! x

7 + 19! x

9 ! # # #

! 2!!!!2!

Page 161: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

161

Entwicklung bis zum Grad 15

CAS

sin x( ) ! x " 13! x

3 + 15! x

5 " 17! x

7 + 19! x

9 ! # # #

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162

Examples, examples, examples

f x( ) = cos x( )Taylorreihe an der Stelle x0 = 0

Analog sin(x)

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163

cos x( ) = 1! 12 x2 + 1

4! x4 ! 1

6! x6 ± " " " = !1( )k 1

2k( )! x2k

k=0

#$

Page 164: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

164

cos x( ) = 1! 12 x2 + 1

4! x4 ! 1

6! x6 ± " " " = !1( )k 1

2k( )! x2k

k=0

#$

Alternierendes Vorzeichen

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165

cos x( ) = 1! 12 x2 + 1

4! x4 ! 1

6! x6 ± " " " = !1( )k 1

2k( )! x2k

k=0

#$

Nur gerade ExponentenKosinus ist eine gerade Funktion

1 = x0

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166

cos x( ) ! 1" 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 + 1

8! x8 ! # # #

! 2!!!!2!

Page 167: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

167

cos x( ) ! 1" 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 + 1

8! x8 ! # # #

! 2!!!!2!

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168

cos x( ) ! 1" 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 + 1

8! x8 ! # # #

! 2!!!!2!

Page 169: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

169

cos x( ) ! 1" 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 + 1

8! x8 ! # # #

! 2!!!!2!

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170

cos x( ) ! 1" 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 + 1

8! x8 ! # # #

! 2!!!!2!

Page 171: 105 PPT Taylor - walser-h-m.ch€¦ · 14 Sichere Extremalstelle: Stationäre Stelle mit Vorzeichenwechsel der Ableitung x y a f!0 fwachsend f!(x0)=0fstationär

171

cos x( ) ! 1" 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 + 1

8! x8 ! # # #

! 2!!!!2!

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172

Vergleich

ex = 1 + x + 12 x2 + 1

3! x3 + 1

4! x4 + 1

5! x5 + 1

6! x6 + ! ! !

cos x( ) = 1 " 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 ± ! ! !

sin x( ) = x " 13! x

3 + 15! x

5 ! ! ! !

Was ist der Link?

Problem mit Minuszeichen

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173

!Erinnerung

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174

Erinnerung

i so, dass i2 = !1

Menge der komplexen Zahlen

! = a + ib a,b "", i2 = !1{ }

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175

i0 = 1

i1 = i

i2 = !1

i3 = !i

i4 = 1

i5 = i

Potenzen von i

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176

i0 = 1

i1 = i

i2 = !1

i3 = !i

i4 = 1

i5 = i

Potenzen von i

Gemäß Definition

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177

i0 = 1

i1 = i

i2 = !1

i3 = !i

i4 = 1

i5 = i

Potenzen von i

Gemäß Definition

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178

i0 = 1

i1 = i

i2 = !1

i3 = !i

i4 = 1

i5 = i

Potenzen von i

Periodisches VerhaltenPeriodenlänge 4

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179

Potenzen von i

i0 = 1

i1 = i

i2 = !1

i3 = !i

i4 = 1

i5 = i

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180

Vergleich

eix = 1 + ix + 12 ix( )2 + 1

3! ix( )3 + 14! ix( )4 + 1

5! ix( )5 + 16! ix( )6 + ! ! !

eix = 1 + ix " 12 x2 " i 13! x

3 + 14! x

4 + i 15! x5 " 1

6! x6 !

cos x( ) = 1 " 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 ± ! ! !

i sin x( ) = ix " i 13! x3 + i 15! x

5 ! ! ! !

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181

Vergleich

eix = 1 + ix + 12 ix( )2 + 1

3! ix( )3 + 14! ix( )4 + 1

5! ix( )5 + 16! ix( )6 + ! ! !

eix = 1 + ix " 12 x2 " i 13! x

3 + 14! x

4 + i 15! x5 " 1

6! x6 !

cos x( ) = 1 " 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 ± ! ! !

i sin x( ) = ix " i 13! x3 + i 15! x

5 ! ! ! !

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182

Vergleich

eix = 1 + ix + 12 ix( )2 + 1

3! ix( )3 + 14! ix( )4 + 1

5! ix( )5 + 16! ix( )6 + ! ! !

eix = 1 + ix " 12 x2 " i 13! x

3 + 14! x

4 + i 15! x5 " 1

6! x6 !

cos x( ) = 1 " 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 ± ! ! !

i sin x( ) = ix " i 13! x3 + i 15! x

5 ! ! ! !

Hurra hurradie Vorzeichen sind da!

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183

Faktor idazu tun

Faktor idazu tun

Faktor idazu tun

Faktor idazu tun

Vergleich

eix = 1 + ix + 12 ix( )2 + 1

3! ix( )3 + 14! ix( )4 + 1

5! ix( )5 + 16! ix( )6 + ! ! !

eix = 1 + ix " 12 x2 " i 13! x

3 + 14! x

4 + i 15! x5 " 1

6! x6 !

cos x( ) = 1 " 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 ± ! ! !

i sin x( ) = ix " i 13! x3 + i 15! x

5 ! ! ! !

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184

eix = cos x( ) + i sin x( )

Formel von Euler

Vergleich

eix = 1 + ix + 12 ix( )2 + 1

3! ix( )3 + 14! ix( )4 + 1

5! ix( )5 + 16! ix( )6 + ! ! !

eix = 1 + ix " 12 x2 " i 13! x

3 + 14! x

4 + i 15! x5 " 1

6! x6 !

cos x( ) = 1 " 12 x2 + 1

4! x4 " 1

6! x6 ± ! ! !

i sin x( ) = ix " i 13! x3 + i 15! x

5 ! ! ! !

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185

Sonderfall: x = 2!

e2!i = cos 2!( )1

!"# $# + i sin 2!( )0

!"# $#

e2!i = 1

eix = cos x( ) + i sin x( )

Formel von Euler

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186

eix = cos x( ) + i sin x( )

Formel von Euler

Sonderfall: x = 2!

e2!i = cos 2!( )1

!"# $# + i sin 2!( )0

!"# $#

e2!i = 1

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187

eix = cos x( ) + i sin x( )

Formel von Euler

Sonderfall: x = 2!

e2!i = cos 2!( )1

!"# $# + i sin 2!( )0

!"# $#

e2!i = 1

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188

e2! i = 1

Die schönste Formel

Eulersche Zahl

Bezeichnung von EulerBezeichnung von Eulerpopularisiert.

Sachverhalt von Euler

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189

Die Geometrie der Sache

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190

Realteil

Imaginärteil

|z| (Betra

g)

φ = arg(z)

z = 4 + 3i

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191

tan arg z( )( ) = tan !( ) = Im z( )Re z( )

z = Re z( )( )2 + Im z( )( )2 = z z

Argument und Betrag„Polarkoordinaten“

Re z( ) = z cos !( )Im z( ) = z sin !( )

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192

Re z( ) = z cos !( ) Im z( ) = z sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( )

Euler: ei! = cos !( ) + i sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( ) = z ei!

z = z ei!

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193

Re z( ) = z cos !( ) Im z( ) = z sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( )

Euler: ei! = cos !( ) + i sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( ) = z ei!

z = z ei!

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194

Re z( ) = z cos !( ) Im z( ) = z sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( )

Euler: ei! = cos !( ) + i sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( ) = z ei!

z = z ei!

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195

Re z( ) = z cos !( ) Im z( ) = z sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( )

Euler: ei! = cos !( ) + i sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( ) = z ei!

z = z ei!

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196

Re z( ) = z cos !( ) Im z( ) = z sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( )

Euler: ei! = cos !( ) + i sin !( )

z = Re z( ) + i Im z( ) = z cos !( ) + i sin !( )( ) = z ei!

z = z ei!

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197

Realteil

Imaginärteil

|z| (Betra

g)

φ = arg(z)

z = 4 + 3i z = z ei!

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198

Realteil

Imaginärteil

|z| (Betra

g)

φ = arg(z)

z = z ei!

Polarkoordinaten

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199

Multiplikation

z = z ei! w = w ei"

zw = z ei! w ei" = z w ei !+"( )

Andererseits:

zw = zw ei arg zw( )

Vergleich:zw = z w

arg zw( ) = arg z( ) + arg w( )

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200

z = z ei! w = w ei"

zw = z ei! w ei" = z w ei !+"( )

Andererseits:

zw = zw ei arg zw( )

Vergleich:zw = z w

arg zw( ) = arg z( ) + arg w( )

Multiplikation

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201

z = z ei! w = w ei"

zw = z ei! w ei" = z w ei !+"( )

Andererseits:

zw = zw ei arg zw( )

Vergleich:zw = z w

arg zw( ) = arg z( ) + arg w( )

Multiplikation

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202

z = z ei! w = w ei"

zw = z ei! w ei" = z w ei !+"( )

Andererseits:

zw = zw ei arg zw( )

Vergleich:zw = z w

arg zw( ) = arg z( ) + arg w( )

Multiplikation

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203

Multiplikation

zw = z w

arg zw( ) = arg z( ) + arg w( )

Der Betrag des Produktes ist gleich dem Produkt der Beträge der Faktoren.

Das Argument des Produktes ist gleich der Summe der Argumente der Faktoren

Division

zw = z

w

arg zw( ) = arg z( ) ! arg w( )

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204

Multiplikation

zw = z w

arg zw( ) = arg z( ) + arg w( )

Der Betrag des Produktes ist gleich dem Produkt der Beträge der Faktoren.

Das Argument des Produktes ist gleich der Summe der Argumente der Faktoren

Beispiel: !1= ei!

!1( ) !1( ) = ei!ei! = ei!+i! = e2!i = 1

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205

Multiplikation

zw = z w

arg zw( ) = arg z( ) + arg w( )

Der Betrag des Produktes ist gleich dem Produkt der Beträge der Faktoren.

Das Argument des Produktes ist gleich der Summe der Argumente der Faktoren

Beispiel: !1= ei!

!1( ) !1( ) = ei!ei! = ei!+i! = e2!i = 1

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206

z = 3+ 2i w = 2 + 5i! zw = "4 +19i

z = 13, w = 29

und zw = 377 = 13 29

arg z( ) = arctan 23( ) # 0.588 # 33.69°

arg w( ) = arctan 52( ) #1.190 # 68.20°

und

arg zw( ) = arctan 19"4( ) + $ #1.778 #101.89°

zw = – 4 + 19i

w = 2 + 5i

z = 3 + 2i

Beispiel:

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207

z = 3+ 2i w = 2 + 5i! zw = "4 +19i

z = 13, w = 29

und zw = 377 = 13 29

arg z( ) = arctan 23( ) # 0.588 # 33.69°

arg w( ) = arctan 52( ) #1.190 # 68.20°

und

arg zw( ) = arctan 19"4( ) + $ #1.778 #101.89°

zw = – 4 + 19i

w = 2 + 5i

z = 3 + 2i

Beispiel:

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208

z = 3+ 2i w = 2 + 5i! zw = "4 +19i

z = 13, w = 29

und zw = 377 = 13 29

arg z( ) = arctan 23( ) # 0.588 # 33.69°

arg w( ) = arctan 52( ) #1.190 # 68.20°

und

arg zw( ) = arctan 19"4( ) + $ #1.778 #101.89°

zw = – 4 + 19i

w = 2 + 5i

z = 3 + 2i

Beispiel:

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209

zw = – 4 + 19i

w = 2 + 5i

z = 3 + 2i

z = 3+ 2i w = 2 + 5i! zw = "4 +19i

z = 13, w = 29

und zw = 377 = 13 29

arg z( ) = arctan 23( ) # 0.588 # 33.69°

arg w( ) = arctan 52( ) #1.190 # 68.20°

und

arg zw( ) = arctan 19"4( ) + $ #1.778 #101.89°

Beispiel:

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210

Drehstreckung mit

w = 2 + 5i

zw = – 4 + 19i

w = 2 + 5i

z = 3 + 2i

Faktor:

w = 29 ! 5.39

Drehwinkel:

arg w( ) = arctan 52( ) ! 1.190 ! 68.20°

Beispiel:

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211

Drehstreckung mit

w = 2 + 5i

210-1-2-3-4-5

7

6

5

4

3

2

1

0

Beispiel:

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212

Potenzen und Wurzeln

zn = z n

arg zn( ) = narg z( )

zn = zn

arg zn( ) = 1n arg z( )

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213

Einheitswurzeln

zn =1 ! zn "1= 0

Lösungen?

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214

Einheitswurzeln

zn =1 ! zn "1= 0

Lösungen?

Reelle Lösungen :

±1 falls n gerade+1 falls n ungerade

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215

Einheitswurzeln

z2 !1= 0 Lösungen !1,1{ }

z4 !1= 0 Lösungen i,!1,!i, 1{ }

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216

Einheitswurzeln

1

z2 !1= 0 Lösungen !1,1{ }

z4 !1= 0 Lösungen i,!1,!i, 1{ }

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217

Einheitswurzeln

Lösungsmenge = ! 12 + i 3

2 ,! 12 ! i 3

2 , 1{ }

z3 !1 = 0

z3 !1 = z !1( ) z2 + z +1( ) = 0 " z3 = 1

z2 + z +1 = 0 " z1,2 =!1± !3

2 = ! 12 ± i32

Nummer 3

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218

Einheitswurzeln

Lösungsmenge = ! 12 + i 3

2 ,! 12 ! i 3

2 , 1{ }

z3 !1 = 0

z3 !1 = z !1( ) z2 + z +1( ) = 0 " z3 = 1

z2 + z +1 = 0 " z1,2 =!1± !3

2 = ! 12 ± i32

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219

Einheitswurzeln

Lösungsmenge = ! 12 + i 3

2 , ! 12 ! i 3

2 , 1{ }

z3 !1 = 0

z3 !1 = z !1( ) z2 + z +1( ) = 0 " z3 = 1

z2 + z +1 = 0 " z1,2 =!1± !3

2 = ! 12 ± i32

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220

Einheitswurzeln

z3 !1 = 0 Lösungsmenge = ! 12 + i 3

2 , ! 12 ! i 3

2 , 1{ }

1

1

–1

–1

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221

Einheitswurzeln

Argumente: 2!3 ,

4!3 , 0{ }

1

1

–1

–1

1

1

–1

–1

z1

z2

z3

z3 !1 = 0 Lösungsmenge = ! 12 + i 3

2 , ! 12 ! i 3

2 , 1{ }

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222

Einheitswurzeln

zn = 1

Lösungen:

zk = eik 2!n = cos k 2!n( ) + isin k 2!n( ), k " 1,2, ... ,n{ }

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223

Einheitswurzeln

Kontrolle:

zkn = eik

2!n"

#$%&'n= ei2k! = ei2!( )k = 1k = 1

zn = 1

Lösungen:

zk = eik 2!n = cos k 2!n( ) + isin k 2!n( ), k " 1,2, ... ,n{ }

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224

Einheitswurzeln

Regelmäßiges n-EckEine Ecke bei 1

zn = 1

Lösungen:

zk = eik 2!n = cos k 2!n( ) + isin k 2!n( ), k " 1,2, ... ,n{ }

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225

z5 = 32

Lösungen:

zk = 2eik 2!5 = 2 cos k 2!5( ) + isin k 2!5( )( ), k " 1,2, ... ,5{ }

Beispiel

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226

Beispiel

z5 = 32

Lösungen:

zk = 2eik 2!5 = 2 cos k 2!5( ) + isin k 2!5( )( ), k " 1,2, ... ,5{ }

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227

Beispiel

Regelmäßiges 5-EckEine Ecke bei 2

z5 = 32

Lösungen:

zk = 2eik 2!5 = 2 cos k 2!5( ) + isin k 2!5( )( ), k " 1,2, ... ,5{ }

Lösungsmenge =

= z1 = 2ei2!5 , z2 = 2e

i2 2!5 , z3 = 2ei32!5 , z4 = 2e

i4 2!5 , z5 = 2ei5 2!5"

#$

%&'

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228

Beispiel

Regelmäßiges 5-EckEine Ecke bei 2

z5 = 32

Lösungen:

zk = 2eik 2!5 = 2 cos k 2!5( ) + isin k 2!5( )( ), k " 1,2, ... ,5{ }x

y

1

1

z1

z2

z3

z4

z5

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229

Beispiel

Eine reelle Lösung, zwei Paare konjugiert komplexer Lösungen

z5 = 32

Lösungen:

zk = 2eik 2!5 = 2 cos k 2!5( ) + isin k 2!5( )( ), k " 1,2, ... ,5{ }x

y

1

1

z1

z2

z3

z4

z5