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テイラー展開の問題です…

f(x, y) = e^5x-6yについて、x = y = 0 のまわりのテイラー展開を求めよという問題がわからず困っています。

みんなの回答

  • alice_44
  • ベストアンサー率44% (2109/4759)
回答No.7

←A No.6 オイオイ… べき級数どうしの積を展開するには、 収束性についての言及が必要で、 A No.3 5 のような簡単な話では終われない。 今回の問題では、結果的に、ただ分配するだけ でよく、収束域の問題も生じないが、 やるにしても、ちゃんと解ってやらないとね。

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  • info22_
  • ベストアンサー率67% (2650/3922)
回答No.6

#2,#4です。 2変数関数のテイラー展開の本来の展開法はA#2の通りですから、授業で欠落した所をA#2の方法でマスターしておいてください。 下の参考URLにn変数関数のテイラー展開、2変数関数のテイラー展開がしっかり詳しく載っていますから、復習(勉強し直して)して置くことをお勧めします。 >x = y = 0 のまわりのテイラー展開 これは 点(x,y)が点(0,0)の近傍で f(x,y)をx,yについてのべき乗展開で近似する事(2変数関数のテイラー展開と言います)を意味します。 今の質問の問題の場合は正攻法(偏微分を使う方法)ではないですが  f(x,y)=exp(5x-6y)=exp(5x)*exp(-6y) と変形できることを利用すれば、簡便な一変数関数のテイラー展開法を用いてf(x,y)をテイラー展開することもできます。そうすれば正攻法である偏微分を使わないですみます。 1変数関数のテイラー展開(マクローリン展開)は理解しているものとしてf(x,y)を x=y=0のまわりでテイラー展開して見ましょう。 【展開法 1】 f(x,y)=g(x)h(y) g(x)=exp(5x),h(y)=exp(-6y)とおいて g(x)をx=0のまわりでテイラー展開(つまりマクローリン展開)すると g(x)=1+5x+(25x^2)/2 +(125x^3)/6 +(625x^4)/24 +(625x^5)/24 + ... 次にg(y)をy=0のまわりでテイラー展開(つまりマクローリン展開)すると h(y)=1-6y+18y^2 -36y^3 +54y^4 -(324y^5)/5 + ... 従ってx=y=0のまわりのf(x,y)のテイラー展開(つまりマクローリン展開)は f(x,y)=g(x)h(y)={1+5x+(25x^2)/2 +(125x^3)/6 +(625x^4)/24 +(625*x^5)/24 + ...} *{1-6y+18y^2 -36y^3 +54y^4 -(324y^5)/5 + ...} =1+5x-6y+(25/2)x^2 -30xy+18y^2 +(125/6)x^3 -75(x^2)y +90xy^2 -36y^3 + ... のように求まります。 【展開法 2】 5x-6y=zとおいて、 f(x,y)=exp(z)=p(z) z=0のまわりの 一変数関数p(z)のテイラー展開(つまりマクローリン展開)を求めると p(z)=1+z +(z^2)/2 +(z^3)/6 +(z^4)/24 +(z^5)/120+(z^6)/720 + ... z=5x-6yを代入してもとの変数x,yに戻す。 f(x,y)=p(5x-6y) =1+(5x-6y)+((5x-6y)^2)/2 +((5x-6y)^3)/6 +((5x-6y)^4)/24 +((5x-6y)^5)/120 + ... 2項定理を用いて(5x-6y)^n の項(n=2,3,4, ...) の展開をすると f(x,y)=1+5x-6y+(25/2)x^2 -30xy+18y^2 +(125/6)x^3 -75(x^2)y +90xy^2 -36y^3 + ... と x=y=0のまわりのf(x,y)のテイラー展開が求まります。 【展開法 3】正攻法:偏微分を用いる方法(A#2の方法) 定数項 f(0,0)=1 x,yの1次の項 {xfx(0,0)+yfy(0,0)}/1!=5x-6y x,yの2次の項 [{x∂/∂u+y∂/∂v}^2*f(u,v)](u=v=0)/2! ={(5^2)(x^2)-2(5*6)xy+(6^2)y^2}/2 =(25/2)x^2 -30xy+18y^2 x,yの3次の項 [{x∂/∂u+y∂/∂v}^3*f(u,v)](u=v=0)/3! ={(5^3)(x^2)-3(5^2*6)x^2*y+3(5*6^2)xy^2-(6^3)y^3}/6 =(125/6)x^3 -75x^2*y+90xy^2 -36y^3 ... 従って f(x,y)=1 +5x-6y +(25/2)x^2 -30xy+18y^2 +(125/6)x^3 -75x^2*y+90xy^2 -36y^3 + ... 以上いずれでも同じ結果が得られます。

参考URL:
http://www.f-denshi.com/000TokiwaJPN/10kaisk/100ksk.html
4513133
質問者

お礼

とても丁寧な回答ありがとうございます。 参考URLもとても助かります。 しっかり復習し直したいと思います。

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  • alice_44
  • ベストアンサー率44% (2109/4759)
回答No.5

f(x,y) = eの(5x-6y)乗 だったとしても、 eのz乗 のマクローリン展開に z = 5x-6y を代入するだけでしょ?

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  • info22_
  • ベストアンサー率67% (2650/3922)
回答No.4

#2です。   質問者さんにf(x,y)の式について確認させて下さい。   (1) f(x,y)= e^(5x-6y) (2) f(x,y)={e^(5x)} -6y (3) f(x,y)=(e^5)x -6y   のいずれにも取れますので 括弧をつけて(1),(2),(3)のいずれなのか、補足に回答願えませんか?

4513133
質問者

補足

info22_さん、回答して下さったのにこちらのミスで混乱させてしまって申し訳ないです。 (1)の式で問われている問題です。 ちなみに皆さんが疑問に思われている「習ってないのか」ということなんですが、講義では扱った内容なのですが、自分はその講義を親族関係の事情で欠席し、以降今日まで恥ずかしながら放置していて、いざやろうとしてみたらわからず今回の質問に至った次第です。 特に「x = y = 0 のまわり」がなにを意味しているのか、テキストに何も記されていないようでわかりません。 自分の事情を長々と書いてしまい申し訳ありません。気にされている方もいらっしゃるようだったので補足ついでに書かせて頂きました。

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  • alice_44
  • ベストアンサー率44% (2109/4759)
回答No.3

公式はともかく、今回の f(x,y) では、 e^(5x) に e^z のマクローリン展開を 当てはめるだけじゃない。

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  • info22_
  • ベストアンサー率67% (2650/3922)
回答No.2

2変数のテイラー展開公式を計算するだけの問題でしょう。 習ってなければ参考URLを勉強し直して下さい。 分からなければ諦めるしかないでしょう! f(x,y)=f(0,0)+[{x∂/∂u+y∂/∂v} f(u,v)]_[u=v=0] +[{x∂/∂u+y∂/∂v}^2 f(u,v)]_[u=v=0] + ... +(1/n!)[{x∂/∂u+y∂/∂v}^n f(u,v)]_[u=v=0] + R_[n+1] ここで R_[n+1] ={1/(n+1)!}[{x∂/∂u+y∂/∂v}^(n+1) f(u,v)]_[u=θx,v=θy] (0<θ<1)

参考URL:
http://markun.cs.shinshu-u.ac.jp/learn/biseki/no_9/cont09_3.html
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回答No.1

2変数のテイラー展開って習ってないんですか? f(x,y)=Σ(1/n!){(∂/∂x+∂/∂y)^2}f(x,y)_[x,y=0]

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