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QA #3 Series

background image

QuestionsΒ andΒ AnswersΒ SheetΒ 3

Β 

Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β  Β SeriesΒ 

Β 

QuestionΒ #1Β 

Tell whetherΒ theΒ series converge.Β IfΒ itΒ converges,Β findΒ theΒ sum.Β 
Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 0)

π‘œ

π‘œ(𝑝𝑖/2)

𝑛

Β Β 

Β 

Answer:Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 0)

π‘œ

π‘œ(𝑝𝑖/2)

𝑛

Β 

Β 

π‘ŽΒ =Β 1Β =Β (𝑝𝑖/2)

2

/(𝑝𝑖/2)Β = 𝑝𝑖/2Β =Β 1.57Β >

Β Β 

Thus,Β theΒ seriesΒ diverges.

Β 

QuestionΒ #2Β 

Tell whetherΒ theΒ series converge.Β IfΒ itΒ converges,Β findΒ theΒ sum.Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 1)

π‘œ

π‘œ(3/7)

𝑛

Β 

Β 

Answer:Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 1)

π‘œ

π‘œ(3/7)

𝑛

Β Β 

Β 

π‘ŽΒ Β =Β Β 3/7Β Β <Β Β 1Β 

,Β soΒ theΒ series converges.Β 

Sum:Β Β 

(3/7)/(1– 3/7)Β =

Β Β 

Β 

=Β Β 3/7Β π‘₯π‘₯Β 7/4Β Β =Β Β 3/4

Β 

Β 

QuestionΒ #3Β 

Tell whetherΒ theΒ seriesΒ convergesΒ orΒ diverges,Β andΒ findΒ sum,Β ifΒ itΒ converges.Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 3)

π‘œ

π‘œ(1/(𝑛– 2)– 1/𝑛)

Β 

Β 

Answer:Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 3)

π‘œ

π‘œ(1/(𝑛– 2)– 1/𝑛)

Β Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 3)

π‘œ

π‘œ1/(𝑛π‘₯π‘₯(π‘›Β βˆ’Β 2))

Β Β 

ThisΒ is notΒ geometric seriesΒ 

Β 

𝑆

𝑛

=Β 1Β +Β 1/2Β =Β 3/2π‘Žπ‘ π‘›Β β†’Β π‘œπ‘œ.

Β 

Thus,Β seriesΒ converges.

Β Β 

QuestionΒ #4Β 

PleaseΒ justifyΒ whetherΒ theΒ seriesΒ convergesΒ orΒ diverges,Β andΒ findΒ sum,Β ifΒ itΒ converges.Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 1)Β π‘œπ‘œΒ 3/𝑛

2

.Β 

Β 

Answer:Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 1)Β π‘œπ‘œΒ 3/𝑛

2

Β Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 1)Β π‘œπ‘œΒ 1/𝑛

𝑝

Β Β 

– ifΒ Β 

𝑝  >Β Β 1𝑍

Β Β 

– series converges,Β ifΒ Β 

𝑝  <Β Β 1

Β ,Β series diverges.Β 

Therefore,Β series convergesΒ by p-test.Β 

background image
background image

QuestionΒ #5Β 

Tell whetherΒ theΒ seriesΒ convergesΒ orΒ diverges.Β 

Β 

βˆ‘(π‘˜Β =Β 1)

π‘œ

π‘œ5/(π‘˜Β +Β 4)

4

Β 

Β Β 

Answer:Β 

Β 

βˆ‘(π‘˜Β =Β 1)

π‘œ

π‘œ5/(π‘˜Β +Β 4)

4

Β Β 

PutΒ Β 

π‘˜Β Β +Β Β 4  ⇒  𝑛

Β Β 

So,Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 5)

π‘œ

π‘œ5/𝑛

4

Β Β 

FromΒ p-seriesΒ test:Β 

ForΒ series Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 1)

π‘œ

π‘œ1/𝑛

𝑝

,Β ifΒ 

𝑝 >Β Β 1

,Β series converges.Β 

So,Β forΒ seriesΒ inΒ equationΒ 1Β Β 

𝑃  =Β Β 4

,Β soΒ this seriesΒ convergesΒ 

TheΒ seriesΒ is p-series withΒ 

𝑝  =Β Β 4

Β andΒ itΒ converges.

Β 

QuestionΒ #6Β 

JustifyΒ ifΒ theΒ seriesΒ is convergent:Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 1)

π‘œ

π‘œπ‘’

(βˆ’π‘›)

Β Β 

Answer:Β 

Β 

βˆ‘(𝑛 =Β 1)

π‘œ

π‘œπ‘’

(βˆ’π‘›)

=

Β Β 

Β 

=Β βˆ‘(𝑛 =Β 1)

π‘œ

π‘œ1/𝑒

𝑛

Β 

Here,Β commonΒ ratio,Β Β 

π‘ŽΒ Β =Β Β 1/𝑒

Β Β 

So,Β Β 

𝑆 =Β (1/𝑒)/(1– 1/𝑒)Β =Β (1/𝑒)/((𝑒– 1)/𝑒)

Β Β 

Β 

𝑆 =Β 1/(𝑒– 1)

.Β 

This seriesΒ converges.

Β 

QuestionΒ #7Β 

ForΒ whichΒ z’sΒ does theΒ infiniteΒ series converge?Β ToΒ whatΒ functionΒ doesΒ itΒ converge?Β 

Β 

1Β + 𝑧/2Β + 𝑧

2

/4Β + 𝑧

3

/8Β +Β β‹―

Β 

Β 

Answer:Β 

Β 

1Β + 𝑧/2Β + 𝑧

2

/4Β + 𝑧

3

/8Β + 𝑍𝑆𝐾 …

Β (geometric series)Β 

So,Β Β 

=Β 1/(1Β βˆ’Β (𝑧/2))Β =Β 1/((2– 𝑧)/2)

Β Β 

So,Β Β 

=Β 2/(2– 𝑧)

Β Β 

This series convergesΒ ifΒ Β 

|𝑧|Β <Β 2

Β Β andΒ itΒ convergesΒ Β 

2/(2Β βˆ’Β π‘§)

Β .

Β 

QuestionΒ #8Β 

SimplifyΒ 

(π‘ π‘’π‘ΞΈΒ βˆ’Β π‘‘π‘Žπ‘›ΞΈ)(1Β + 𝑠𝑖𝑛θ)

Β 

Answer:Β 

Β 

(π‘ π‘’π‘ΞΈΒ βˆ’Β π‘‘π‘Žπ‘›ΞΈ)(1Β + 𝑠𝑖𝑛θ)Β =

Β Β 

Β 

= 𝑠𝑒𝑐(ΞΈ)𝑠𝑖𝑛(ΞΈ)Β βˆ’Β π‘‘π‘Žπ‘›(ΞΈ)Β βˆ’Β π‘‘π‘Žπ‘›(ΞΈ)𝑠𝑖𝑛(ΞΈ)Β =

Β Β 

background image

Β 

=

1

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

+

𝑠𝑖𝑛θ

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

βˆ’Β π‘‘π‘Žπ‘›ΞΈΒ βˆ’

𝑠𝑖𝑛θ

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

𝑠𝑖𝑛θ =

Β Β Β 

Β 

[:

β€²

𝑠𝑒𝑐θ =

1

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

π‘Žπ‘›π‘‘π‘‘π‘Žπ‘›ΞΈΒ =

𝑠𝑖𝑛θ

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

]

Β Β 

Β 

=

1

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

+Β π‘‘π‘Žπ‘›ΞΈΒ βˆ’Β π‘‘π‘Žπ‘›ΞΈΒ βˆ’

𝑠𝑖𝑛

2

ΞΈ

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

=

Β Β 

Β 

=

1

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

βˆ’

𝑠𝑖𝑛

2

ΞΈ

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

=

Β Β Β 

Β 

=

1βˆ’π‘ π‘–π‘›

2

ΞΈ

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

=

Β Β Β 

Β 

=

π‘π‘œπ‘ 

2

ΞΈ

π‘π‘œπ‘ ΞΈ

=Β π‘π‘œπ‘ 

Β Β 

Β 

[:

β€²

𝑠𝑖𝑛

2

ΞΈΒ +Β π‘π‘œπ‘ 

2

ΞΈΒ =Β 1]

Β Β 

Answer:Β Β 

(π‘ π‘’π‘ΞΈΒ βˆ’Β π‘‘π‘Žπ‘›ΞΈ)(1Β + 𝑠𝑖𝑛θ)Β =Β π‘π‘œπ‘ 

Β 

Β Β 

QuestionΒ #9

Β 

ComputeΒ eachΒ ofΒ theseΒ doubleΒ sums:Β 

Β 

βˆ‘

βˆ‘

(𝑖 + 𝑗)

3

𝑖+1

2

𝑖=1

Β 

Β 

Answer:

Β 

ComputeΒ thisΒ doubleΒ sumΒ by firstΒ computingΒ theΒ innerΒ sumΒ followedΒ by theΒ outerΒ sum.Β 

Β 

βˆ‘

βˆ‘

(𝑖 + 𝑗)

3

𝑗=1

2

𝑖=1

Β Β 

Β 

=Β βˆ‘

(𝑖 +Β 1Β + 𝑖 +Β 2Β + 𝑖 +Β 3)

2

𝑖=1

Β Β 

Β 

=Β 3Β βˆ‘

(𝑖 +Β 2)

2

𝑖=1

Β Β 

Β 

=Β 3(1Β +Β 2Β +Β 2Β +Β 2)

Β Β 

Β 

=Β 21

Β 

Β 

QuestionΒ #10Β 

ComputeΒ eachΒ ofΒ theseΒ doubleΒ sums:Β 

Β 

=Β βˆ‘

(𝑖 +Β 1Β + 𝑖 +Β 2Β + 𝑗 +Β 3)

2

𝑖=1

Β 

Β 

Answer:Β 

ComputeΒ thisΒ doubleΒ sumΒ by firstΒ computingΒ theΒ innerΒ sumΒ followedΒ by theΒ outerΒ sum.Β 

Β 

=Β βˆ‘

βˆ‘

(2𝑖 +Β 3𝑗)

3

𝑗=0

2

𝑖=0

Β Β 

Β 

=Β βˆ‘

(2𝑖 +Β 0Β +Β 2𝑖 +Β 3Β +Β 2𝑖 +Β 6Β +Β 2𝑖 +Β 9)

2

𝑖=0

Β Β 

Β 

=Β βˆ‘

(8𝑖 +Β 18)

2

𝑖=0

Β 

Β 

=Β 8(0)Β +Β 18Β +Β 8(1)Β +Β 18Β +Β 8(2)Β +Β 18

Β Β 

Β 

=Β 78

Β 

Β 

Β 

QuestionΒ #11Β 

WriteΒ anΒ equivalentΒ series withΒ theΒ indexΒ ofΒ summationΒ beginningΒ atΒ =Β 1.Β 

Β 

βˆ‘

(βˆ’1)

𝑛

∞

𝑛=0

+Β 1(𝑛 +Β 1)π‘₯

𝑛

Β 

Β 

background image

Answer:Β Β 

This equationΒ is givenΒ inΒ theΒ series.Β AddΒ 1Β toΒ bothΒ sides andΒ introduceΒ k.Β SubtractΒ 1Β fromΒ bothΒ sides.Β 

Β 

𝑛 =Β 0

Β ,Β soΒ Β 

𝑛 +Β 1Β =Β 1Β =Β π‘˜

Β .Β Therefore,Β Β 

𝑛 =Β π‘˜Β βˆ’Β 1

Β Β 

InΒ theΒ originalΒ series,Β plugΒ inΒ Β 

π‘˜Β βˆ’Β 1

Β Β forΒ nΒ 

Β 

βˆ‘

(βˆ’1)

[(π‘˜βˆ’1)+1]

[(π‘˜Β βˆ’Β 1)Β +Β 1]

∞

π‘˜=1

β‹…Β π‘₯

π‘˜βˆ’1

Β 

Simplify.Β SinceΒ kΒ isΒ aΒ dummy variable,Β youΒ canΒ replaceΒ itΒ withΒ any otherΒ variable.Β LetΒ n=kΒ 

Β 

βˆ‘

(βˆ’1)

π‘˜

π‘˜

∞

π‘˜=1

β‹…Β π‘₯

π‘˜βˆ’1

=Β βˆ‘

(βˆ’1)

𝑛

𝑛

∞

𝑛=1

β‹…Β π‘₯

π‘›βˆ’1

Β 

Result:Β Β 

βˆ‘

(βˆ’1)

𝑛

𝑛

∞

𝑛=1

β‹…Β π‘₯

π‘›βˆ’1

Β 

QuestionΒ #12Β 

WriteΒ anΒ equivalentΒ series withΒ theΒ indexΒ ofΒ summationΒ beginningΒ atΒ =Β 1.Β 

Β 

βˆ‘

(βˆ’1)

𝑛

∞

𝑛=0

+Β 1(𝑛 +Β 1)π‘₯

𝑛

Β 

Β 

Answer:Β 

TheΒ TaylorΒ series ofΒ Β 

lnΒ π‘₯

Β aroundΒ c=1.Β WeΒ knowΒ fromΒ theΒ definitionΒ ofΒ TaylorΒ seriesΒ ofΒ theΒ functionΒ fΒ 

Β 

𝑓(π‘₯)Β = 𝑓(π‘₯)|

π‘₯=𝑐

+

𝑓

β€²

(π‘₯)|

π‘₯=𝑐

1!

(π‘₯Β βˆ’Β π‘)Β +

𝑓

β€²β€²

(π‘₯)|

π‘₯=𝑐

2!

(π‘₯Β βˆ’Β π‘)

2

+

𝑓

β€²β€²β€²

(π‘₯)|

π‘₯=𝑐

3!

(π‘₯Β βˆ’Β π‘)

3

+Β β‹―

Β 

NowΒ theΒ values ofΒ differentialΒ functions atΒ givenΒ pointΒ 

Β 

𝑓(1)Β =Β ln(1)Β =Β 0, 𝑓

β€²

(1)Β =

1

π‘₯

|

π‘₯=1

=Β 1

Β Β 

Β 

𝑓

β€²β€²

(1)Β =Β βˆ’

1

π‘₯

2

π‘₯=1

=Β βˆ’1, 𝑓

β€²β€²β€²

(1)Β =

2

π‘₯

3

|

π‘₯=1

=Β 2𝑓

β€²β€²β€²β€²

(1)Β =Β βˆ’

6

π‘₯

4

|

π‘₯=1

=Β βˆ’6

Β Β 

Β 

𝑓

𝑛

(1)Β =Β (βˆ’1)

𝑛+1Β (π‘›βˆ’1)!

π‘₯

𝑛

|

π‘₯=1

=Β (βˆ’1)

𝑛

((π‘›Β βˆ’Β 1)!)

Β Β 

Thus theΒ TaylorΒ seriesΒ expressionΒ becomeΒ 

Β 

𝑓(π‘₯)Β =Β 0Β +Β (π‘₯Β βˆ’Β 1)Β βˆ’

1

2!

(π‘₯Β βˆ’Β 1)

2

+Β 2!

1

3!

(π‘₯Β βˆ’Β 1)

3

βˆ’Β 3!

1

4!

+Β (βˆ’1)

𝑛+1

(π‘›Β βˆ’Β 1)!

1

𝑛!

(π‘₯Β βˆ’Β 1)

𝑛

Β Β 

OrΒ weΒ canΒ writeΒ asΒ 

Β f

(π‘₯)Β =Β (1Β βˆ’Β π‘₯)Β βˆ’

1

2

(π‘₯Β βˆ’Β 1)

2

+

1

3

(π‘₯Β βˆ’Β 1)

3

βˆ’

1

4

(π‘₯Β βˆ’Β 1)

4

+Β (βˆ’1)

𝑛+1

(π‘›Β βˆ’Β 1)!

1

𝑛!

(π‘₯Β βˆ’Β 1)

𝑛

βˆ’Β β‹―

Β 

Β 

QuestionΒ #13Β 

UseΒ theΒ summationΒ formulas toΒ rewriteΒ theΒ expressionΒ withous summatiomΒ notation.Β 

Β 

βˆ‘

4𝑖+5

𝑛

2

𝑛

𝑖=1

Β Β 

UseΒ theΒ result toΒ findΒ theΒ sums forΒ n=10,Β 100.Β 

Answer:Β 

Β 

βˆ‘

𝑖

𝑛

𝑖=1

=

𝑛(𝑛+1)

2

Β Β 

Β 

βˆ‘

π‘˜

𝑛

𝑖=1

= 𝑛.Β π‘˜

,Β whereΒ k=constantΒ 

forΒ Β 

𝑛 =Β 10

Β Β 

Β 

βˆ‘

4𝑖+5

(10)

2

10

𝑖=1

=

1

100

[4Β βˆ‘

𝑖

10

𝑖=1

+Β βˆ‘

5

10

𝑖=1

]

Β 

1

10(10Β 1)

[]4

10Β 5]

2.7

100

2

+

=

+Β ο‚΄Β =

Β 

background image

forΒ n=100Β 

Β 

βˆ‘

4𝑖+5

(100)

2

100

𝑖=1

=

1

(100)

2

[4Β β‹…Β βˆ‘

𝑖

100

𝑖=1

+Β βˆ‘Β π‘–Β =Β 1

100

5]

Β 

Β 

=

1

(100)

2

[4

100(100+1)

2

+Β (5Β Γ—Β 100)]

Β Β 

Β 

=Β 2.07

Β 

Β 

QuestionΒ #14Β 

DetermineΒ theΒ sumΒ ofΒ theΒ followingΒ series.Β 

βˆ‘

(

1

𝑛

+9

𝑛

11

𝑛

)

∞

𝑛=1

Β Β 

Answer:Β 

WeΒ haveΒ toΒ findΒ sumΒ ofΒ series.Β 

SeriesΒ isΒ givenΒ as:Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

1

𝑛

+9

𝑛

11

𝑛

)

∞

𝑛=1

Β Β 

WeΒ willΒ useΒ geometric seriesΒ testΒ toΒ findΒ sumΒ ofΒ series .Β 

Geometric series testΒ is givenΒ below:Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

π‘Žπ‘Ÿ

π‘›βˆ’1

∞

𝑛=1

Β Β 

Β 

⇒ 𝑖𝑓|π‘Ÿ|Β <Β 1

Β (series converges)Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

=

π‘Ž

1βˆ’π‘Ÿ

Β (infiniteΒ gp)Β 

WithΒ theΒ helpΒ ofΒ geometric series weΒ willΒ findΒ sumΒ .Β 

WorkΒ is shownΒ below:Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

1

𝑛

+9

𝑛

11

𝑛

)

∞

𝑛=1

Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

1

11

)

𝑛

∞

𝑛=1

+Β (

9

11

)

𝑛

Β Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

1

11

)

𝑛

∞

𝑛=1

=

1

11

1βˆ’

1

11

Β Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

1

11

)

𝑛

∞

𝑛=1

=

1

10

Β Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

9

11

)

𝑛

∞

𝑛=1

=

9

11

1βˆ’

9

11

Β Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

9

11

)

𝑛

∞

𝑛=1

=

9

2

Β Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

1

11

)

𝑛

∞

𝑛=1

+Β (

9

11

)

𝑛

=

1

10

+

9

2

Β Β 

Β 

β‡’Β βˆ‘

(

1

11

)

𝑛

∞

𝑛=1

+Β (

9

11

)

𝑛

=

23

5

Β 

QuestionΒ #15Β 

WhichΒ equationΒ couldΒ beΒ usedΒ toΒ calculateΒ theΒ sumΒ ofΒ theΒ geometric series?Β 

Β 

1

3

+

2

9

+

4

27

+

8

21

+

16

243

Β 

Β 

Answer:Β 

TheΒ formulaΒ forΒ theΒ nthΒ partialΒ sumΒ ofΒ aΒ geometric sequenceΒ is,Β 

background image

Β 

𝑆

𝑛

=

π‘Ž

1

(1βˆ’π‘Ÿ

𝑛

)

1βˆ’π‘Ÿ

,Β π‘ŸΒ β‰ Β 1

Β Β 

where,Β Β 

𝑆

𝑛

Β Β is theΒ sumΒ ofΒ GPΒ withΒ nΒ termsΒ 

Β 

π‘Ž

1

Β Β is theΒ firstΒ termΒ 

rΒ isΒ theΒ commonΒ ratioΒ 

nΒ is theΒ numberΒ ofΒ termsΒ 

TheΒ sumΒ ofΒ theΒ geometric series givenΒ is,Β 

Β 

1

3

+

2

9

+

4

27

+

8

21

+

16

243

Β Β 

ThereΒ areΒ 5Β terms inΒ theΒ series andΒ theΒ commonΒ ratioΒ ofΒ theΒ seriesΒ is foundΒ byΒ dividingΒ anyΒ termΒ by theΒ 

previous term.Β Suppose,Β divideΒ theΒ secondΒ termΒ by theΒ firstΒ termΒ andΒ theΒ commonΒ ratioΒ isΒ obtainedΒ as,Β 

Β 

π‘ŸΒ =

2

9

Γ·

1

3

Β Β 

Β 

=

2

3

Β Β 

Therefore,Β rΒ is notΒ equalΒ toΒ 1Β andΒ theΒ sumΒ ofΒ theΒ givenΒ seriesΒ is,Β 

Β 

𝑆

5

=

1
3

(1βˆ’(

2
3

)

5

)

(1βˆ’

2
3

)

Β 

QuestionΒ #16Β 

FindΒ whetherΒ theΒ seriesΒ divergesΒ andΒ itsΒ sum:Β 

Β 

βˆ‘

(βˆ’1)

𝑛+1Β 3

5

𝑛

∞

𝑛=1

0

1

2

2

3

3

0

(1

)

(Β )1

(

)Β ][(Β )1Β (

)

(Β )1Β (

)Β (Β )1

(

)

(Β )1

(

)Β ...

0

1

2

3

n

n

nΒ k

k

n

n

n

n

k

n

n

n

n

n

x

x

x

x

x

x

k

βˆ’

βˆ’

βˆ’

βˆ’

=

βˆ’

=

βˆ’

βˆ’

+

βˆ’Β +

βˆ’

+

βˆ’

οƒ₯

Β 

Answer:Β 

NoticeΒ thatΒ 

Β 

(βˆ’1)

𝑛+1Β 3

5

𝑛

=Β βˆ’3

(βˆ’1)

𝑛

5

𝑛

=Β βˆ’3Β (

βˆ’1

5

)

𝑛

Β Β 

SinceΒ Β 

βˆ‘

π‘Žπ‘Ÿ

π‘˜

∞

π‘˜=1

=

π‘Žπ‘Ÿ

1βˆ’π‘Ÿ

Β Β (ifΒ Β 

|π‘Ÿ|Β <Β 1

Β )Β 

Β 

βˆ‘

∞

𝑛=1

βˆ’Β 3Β (

βˆ’1

5

)

𝑛

=

βˆ’3β‹…

βˆ’1

5

1βˆ’

βˆ’1

5

=

3
5

6
5

=

1

2

Β Β 

andΒ theΒ sumΒ convergesΒ becauseΒ 

1

1

|

|

1

5

5

βˆ’

=Β ο€Ό

Β 

Β 

QuestionΒ #17Β 

UseΒ linearΒ approximationΒ (orΒ differentials)Β toΒ estimate:Β 

√99.2

Β Β 

WhatΒ amΒ IΒ supposedΒ toΒ doΒ withΒ this?Β IΒ amΒ notΒ givenΒ xΒ orΒ dx

Β 

Answer:Β 

UeΒ TaylorΒ series forΒ Β 

√π‘₯

Β Β aboutΒ Β 

π‘₯Β =Β 100

Β .Β TheΒ reasonΒ toΒ expandΒ theΒ TaylorΒ seriesΒ aboutΒ 100Β is thatΒ 100Β isΒ 

theΒ closestΒ squareΒ toΒ 99.2.Β 

Β 

𝑓(π‘₯)Β = 𝑓(100)Β + 𝑓

β€²

(100)(π‘₯Β βˆ’Β 100)

Β Β +Β higherΒ orderΒ termsΒ 

background image

Hence,Β 

Β 

√99.2Β β‰ˆΒ βˆš100Β +

1

2

(99.2βˆ’100)

√100

=Β 10Β βˆ’Β 0.04Β =Β 9.96

Β 

Β 

QuestionΒ #18Β 

DetermineΒ whetherΒ theΒ geometric seriesΒ is convergentΒ orΒ divergent.Β 

Β 

10Β βˆ’Β 4Β +Β 1.6Β βˆ’Β 0.64Β +Β β‹―.

Β Β 

IfΒ it's convergentΒ findΒ itsΒ sum.

Β 

Answer:Β 

StepΒ 1Β 

LetΒ Β 

𝑆 =Β 10Β Β βˆ’Β Β 4Β Β +Β 1.6Β 0.64Β Β +Β β‹―

Β Β 

GivenΒ thatΒ SΒ is aΒ geometric series,Β Β 

TheΒ knownΒ factΒ is thatΒ aΒ geometric series Β 

π‘ŽΒ +Β π‘Žπ‘ŸΒ +Β π‘Žπ‘Ÿ

2

+Β β‹―

Β Β isΒ convergentΒ Β 

𝑖𝑓 𝑓|π‘Ÿ|Β <Β 1

.Β Β 

By comparingΒ theΒ givenΒ series withΒ itsΒ general form,Β 

Β 

π‘ŽΒ Β =Β Β 10

Β ,Β 

π‘ŸΒ =

βˆ’4

10

=Β βˆ’0.4

Β .Β 

Β 

|π‘Ÿ|Β =Β |βˆ’0.4|Β <Β 1

Β .Β 

ThisΒ implies thatΒ theΒ series Β 

10Β Β βˆ’Β 4Β +Β 1.6Β βˆ’Β 0.64Β +Β β‹―

Β Β isΒ convergent.Β 

StepΒ 2Β 

TheΒ knownΒ factΒ is thatΒ aΒ geometric series Β 

π‘ŽΒ +Β π‘Žπ‘ŸΒ +Β π‘Žπ‘Ÿ

2

+Β β‹―

Β -Β isΒ equalΒ toΒ Β 

π‘Ž

1βˆ’π‘Ÿ

(π‘ŸΒ <Β 1)

Β .Β Β 

Β 

10Β βˆ’Β 4Β +Β 1.6Β βˆ’Β 0.64Β Β±Β β‹―Β =Β (10Β +Β 1.6Β +Β 0.256Β +Β β‹―Β )Β βˆ’Β (4Β +Β 0.64Β +Β β‹―Β )

Β Β 

?

10,

0.16

10

4

(

)Β (

)

4,

0,16

1Β 0.16

1Β 0.16

a

r

a

r

=

=



οƒΉ

=

βˆ’

οƒͺ

οƒΊ

=

=

βˆ’

βˆ’





Β 

Β 

=Β (

10βˆ’4

1βˆ’0.16

)

Β Β 

Β 

=Β (

6

0.84

)

Β Β 

Β 

=Β 7.1428571428571429

Β 

Β 

QuestionΒ #19Β 

BinomialΒ expansionΒ ofΒ Β 

(1Β βˆ’Β π‘₯)

𝑛

Β Β 

We'veΒ beenΒ givenΒ withΒ followingΒ binomialΒ expansionΒ 

Β 

(π‘₯Β +Β 1)

𝑛

=Β 1Β + 𝑛π‘₯Β +

𝑛(π‘›βˆ’1)

2!

π‘₯

2

+

𝑛(π‘›βˆ’1)(π‘›βˆ’2)

3!

π‘₯

3

…

Β Β 

HowΒ canΒ weΒ getΒ theΒ formulaΒ ofΒ Β 

(1Β βˆ’Β π‘₯)

𝑛

Β Β 

Answer:Β 

Well,Β as IΒ understandΒ it,Β weΒ couldΒ writeΒ theΒ binomialΒ expansionΒ as:Β 

0

1

2

2

3

3

0

(1

)

(Β )1

(

)Β ][(Β )1Β (

)

(Β )1Β (

)Β (Β )1

(

)

(Β )1

(

)Β ...

0

1

2

3

n

n

nΒ k

k

n

n

n

n

k

n

n

n

n

n

x

x

x

x

x

x

k

βˆ’

βˆ’

βˆ’

βˆ’

=

βˆ’

=

βˆ’

βˆ’

+

βˆ’Β +

βˆ’

+

βˆ’

οƒ₯

Β 

whichΒ simplifiesΒ toΒ 

Β 

1Β βˆ’Β π‘›π‘₯Β +

𝑛(π‘›βˆ’1)

2!

β‹…Β π‘₯

2

βˆ’

𝑛(π‘›βˆ’1)(π‘›βˆ’2)

3!

β‹…Β π‘₯

3

…

Β Β 

WhichΒ is theΒ answerΒ everyoneΒ elseΒ has given.

Β 

background image

QuestionΒ #20Β 

HowΒ toΒ findΒ theΒ MaclaurinΒ seriesΒ forΒ Β 

𝑒

π‘₯

Β ?Β 

Answer:Β 

TheΒ MaclaurinΒ seriesΒ is obtainedΒ by theΒ PowerΒ Series:Β 

Β 

𝑓(π‘₯)Β = 𝑓(0)Β + 𝑓

β€²

(0)

π‘₯

0!

+ 𝑓

β€²

(0)

π‘₯

2

2!

+ 𝑓

β€²

(0)

π‘₯

3

3!

+Β β‹―

Β Β 

As weΒ haveΒ 

𝑓(π‘₯)Β = 𝑒

π‘₯

,

Β then:Β Β 

𝑓(π‘₯)Β = 𝑒

π‘₯

⇒ 𝑓(0)Β =Β 1

Β Β Β 

Β 

𝑓

β€²

(π‘₯)Β = 𝑒

π‘₯

⇒ 𝑓

β€²

(0)Β =Β 1

Β Β Β 

Β 

𝑓

β€²β€²

(π‘₯)Β = 𝑒

π‘₯

⇒ 𝑓

β€²β€²

(0)Β =Β 1

Β Β Β 

Β 

𝑓

3

(π‘₯)Β = 𝑒

π‘₯

⇒ 𝑓

3

(0)Β =Β 1

Β Β Β 

Β 

𝑓

𝑛

(π‘₯)Β = 𝑒

π‘₯

⇒ 𝑓

𝑛

(0)Β =Β 1

Β Β Β 

So,Β theΒ MaclaurinΒ seriesΒ is:Β Β 

Β 

𝑒

π‘₯

=Β 1Β +Β 1

π‘₯

0!

+Β 1

π‘₯

2

2!

+Β 1

π‘₯

3

3!

+Β 1

π‘₯

4

4!

+Β β‹―Β +Β 1

π‘₯

𝑛

𝑛!

Β Β 

of 9