1). We remind that the Taylor series expansion for the ln y around 1 (http://www.math.com/tables/expansion/log.htm):
l n ( y ) = ∑ n = 1 + ∞ ( − 1 ) n − 1 ( y − 1 ) n ln(y)=\sum_{n=1}^{+\infty}\frac{(-1)^{n-1}(y-1)}{n} l n ( y ) = ∑ n = 1 + ∞ n ( − 1 ) n − 1 ( y − 1 )
After substitution y = 2 x y=2x y = 2 x we receive:
l n ( 2 x ) = ∑ n = 1 + ∞ ( − 1 ) n − 1 ( 2 x − 1 ) n ln(2x)=\sum_{n=1}^{+\infty}\frac{(-1)^{n-1}(2x-1)}{n} l n ( 2 x ) = ∑ n = 1 + ∞ n ( − 1 ) n − 1 ( 2 x − 1 )
2). We remind the Taylor formula:
f ( x ) = f ( a ) + f ′ ( a ) ( x − a ) + f ′ ′ ( a ) ( x − a ) 2 2 ! + . . . + f ( k ) ( a ) k ! ( x − a ) ( k ) + h k ( x ) ( x − a ) ( k ) , f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{f''(a)(x-a)^2}{2!}+...+\frac{f^{(k)}(a)}{k!}(x-a)^{(k)}+h_k(x)(x-a)^{(k)}, f ( x ) = f ( a ) + f ′ ( a ) ( x − a ) + 2 ! f ′′ ( a ) ( x − a ) 2 + ... + k ! f ( k ) ( a ) ( x − a ) ( k ) + h k ( x ) ( x − a ) ( k ) ,
where h k ( x ) → 0 , x → a h_k(x)\rightarrow0,x\rightarrow a h k ( x ) → 0 , x → a .
We compute the derivatives of f ( x ) = 2 x f(x)=2\sqrt{x} f ( x ) = 2 x and get:
f ′ ( x ) = 1 x , f ′ ′ ( x ) = − 1 2 1 x x , f ′ ′ ′ ( x ) = 3 4 1 x 2 x f'(x)=\frac{1}{\sqrt{x}},\qquad f''(x)=-\frac{1}{2}\frac{1}{x\sqrt{x}},\qquad f'''(x)=\frac{3}{4}\frac{1}{x^2\sqrt{x}} f ′ ( x ) = x 1 , f ′′ ( x ) = − 2 1 x x 1 , f ′′′ ( x ) = 4 3 x 2 x 1
Setting k = 3 k=3 k = 3 and a = 4 a=4 a = 4 we get:
2 x = 4 + 1 2 ( x − 4 ) − 1 32 ( x − 4 ) 2 + 1 256 ( x − 4 ) 3 + h 3 ( x ) ( x − 4 ) 3 2\sqrt{x}=4+\frac{1}{2}(x-4)-\frac{1}{32}(x-4)^2+\frac{1}{256}(x-4)^3+h_3(x)(x-4)^3 2 x = 4 + 2 1 ( x − 4 ) − 32 1 ( x − 4 ) 2 + 256 1 ( x − 4 ) 3 + h 3 ( x ) ( x − 4 ) 3 ,
h 3 ( x ) → 0 , x → 4 h_3(x)\rightarrow0, x\rightarrow4 h 3 ( x ) → 0 , x → 4
3). The volume of the body, which is obtained after rotation of the graph is:
∫ 0 1 π ( 4 − 4 y 2 ) 2 d y = ∫ 0 1 16 π ( 1 − 2 y 2 + y 4 ) d y = 16 π ( y − 2 3 y 3 + y 5 5 ) ∣ 0 1 = 8 π \int_{0}^1\pi (4-4y^2)^2dy=\int_{0}^116\pi (1-2y^2+y^4)dy=16\pi(y-\frac{2}{3}y^3+\frac{y^5}{5})|_0^1=8\pi ∫ 0 1 π ( 4 − 4 y 2 ) 2 d y = ∫ 0 1 16 π ( 1 − 2 y 2 + y 4 ) d y = 16 π ( y − 3 2 y 3 + 5 y 5 ) ∣ 0 1 = 8 π
Answer : 1). l n ( 2 x ) = ∑ n = 1 + ∞ ( − 1 ) n − 1 ( 2 x − 1 ) n ln(2x)=\sum_{n=1}^{+\infty}\frac{(-1)^{n-1}(2x-1)}{n} l n ( 2 x ) = ∑ n = 1 + ∞ n ( − 1 ) n − 1 ( 2 x − 1 )
2). 2 x = 4 + 1 2 ( x − 4 ) − 1 32 ( x − 4 ) 2 + 1 256 ( x − 4 ) 3 + h 3 ( x ) ( x − 4 ) 3 2\sqrt{x}=4+\frac{1}{2}(x-4)-\frac{1}{32}(x-4)^2+\frac{1}{256}(x-4)^3+h_3(x)(x-4)^3 2 x = 4 + 2 1 ( x − 4 ) − 32 1 ( x − 4 ) 2 + 256 1 ( x − 4 ) 3 + h 3 ( x ) ( x − 4 ) 3 ,
h 3 ( x ) → 0 , x → 4 h_3(x)\rightarrow0, x\rightarrow4 h 3 ( x ) → 0 , x → 4
3). 8 π 8\pi 8 π
Comments