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M Universidade Federal do Rio de Janeiro INSTITUTO DE MATEMA´TICA Departamento de Me´todos Matema´ticos 4a Lista de Exerc´ıcios de Ca´lculo II - Matema´tica Profa.: Moˆnica 1. Determine o intervalo de convergeˆncia das seguintes se´ries de poteˆncias: (a) ∞∑ n=0 nxn 2n (b) ∞∑ n=1 (x− 1)n n (c) ∞∑ n=1 (x+ 1)n n2 (d) ∞∑ n=1 nxn (e) ∞∑ n=0 xn n! (f) ∞∑ n=0 2nxn n! (g) ∞∑ n=0 n!xn 3n (h) ∞∑ n=1 3n 2 xn 2 (i) ∞∑ n=0 xn 2n (j) ∞∑ n=1 (2x− 6)n n3n (k) 1 + 102x 1 · 3 + 104x2 1 · 3 · 5 + 106x3 1 · 3 · 5 · 7 + ... (l) ∞∑ n=1 xn n+ √ n (m) ∞∑ n=1 nk n! xn , k ∈ IN 2. Determine o raio de convergeˆncia das se´ries: (a) ∞∑ n=1 n! nn xn (b) ∞∑ n=1 (n!)2 (2n)! xn (c) ∞∑ n=0 1 · 3 · 5 · · · (2n+ 1) 1 · 4 · 7 · · · (3n+ 1) (x+ 2) n 3. Usando se´rie geome´trica e derivac¸a˜o ou integrac¸a˜o termo a termo, calcule a soma das se´ries, determinando o intervalo de convergeˆncia. (a) ∞∑ n=0 xn (b) ∞∑ n=1 nxn (c) ∞∑ n=1 n2xn (d) ∞∑ n=0 (−1)nxn (e) ∞∑ n=1 xn n 4. Desenvolva em se´rie de Taylor de centro 0, dando sempre o intervalo de con- vergeˆncia. (Sugesta˜o: na maioria dos itens na˜o e´ necessa´rio calcular as derivadas da func¸a˜o) (a) ex (b) e−x (c) ex 2 (d) sen x (e) cos x (f) 1 1+x2 (g) arctg x (h) 1 2+3x (i) 5x 4−x (j) cosh x (k) senhx (l) ln (1 + x) (m) ln (1− x) (n) ln ( 1+x 1−x ) (o) ∫ x 0 arctg x x dx 5. Desenvolva em se´rie de Taylor de centro 1, dando o intervalo de convergeˆncia. (a) 5x4 + x3 − x2 + 2x+ 3 (b) 1 x (c) 1 x2 (d) ln x (e) 1 x+3 6. Encontre uma se´rie de poteˆncias para x ex e mostre que: ∞∑ n=1 1 (n+ 2)n! = 1 2 . 7. Encontre a se´rie de poteˆncias para x arctg x e mostre que: ∞∑ n=1 (−1)n+1 x 2n+1 (2n− 1)(2n+ 1) = 1 2 [ (x2 + 1) arctg x− x] . Respostas 1. (a) (-2,2) ; (b) [0,2) ; (c) [-2,0] ; (d) (-1,1) ; (e) IR ; (f) IR ; (g) {0} ; (h) {0} ; (i) (-2,2) ; (j) [3/2,9/2) ;(k) IR ; (l) [-1,1) ; (m) IR. 2. (a) e ; (b) 4 ; (c) 3/2 . 3. (a) 1 1−x , para |x| < 1 ; (b) x(1−x)2 , para |x| < 1 ; (c) x(x+1)(1−x)3 , para |x| < 1 ; (d) 1 1+x , para |x| < 1 ; (e) − ln(1− x), para −1 ≤ x < 1. 4. (a) ∞∑ n=0 xn n! , x ∈ IR (b) ∞∑ n=0 (−1)nxn n! , x ∈ IR (c) ∞∑ n=0 x2n n! , x ∈ IR (d) ∞∑ n=0 (−1)nx2n+1 (2n+ 1)! , x ∈ IR (e) ∞∑ n=0 (−1)nx2n (2n)! , x ∈ IR (f) ∞∑ n=0 (−1)nx2n, |x| < 1 (g) ∞∑ n=0 (−1)nx2n+1 2n+ 1 , |x| ≤ 1 (h) ∞∑ n=0 (−1)n3nxn 2n+1 , |x| < 2 3 (i) ∞∑ n=0 5xn+1 4n+1 , |x| < 4 (j) ∞∑ n=0 x2n (2n)! , x ∈ IR (k) ∞∑ n=0 x2n+1 (2n+ 1)! , x ∈ IR (l) ∞∑ n=1 (−1)n−1xn n , |x| ≤ 1 (m) ∞∑ n=1 −xn n , −1 ≤ x < 1 (n) ∞∑ n=0 2x2n+1 2n+ 1 , −1 ≤ x < 1 (o) ∞∑ n=0 (−1)nx2n+1 (2n+ 1)2 , |x| ≤ 1 5. (a) 10 + 23(x− 1) + 32(x− 1)2 + 21(x− 1)3 + 5(x− 1)4, x ∈ IR (b) ∞∑ n=0 (−1)n(x− 1)n, 0 < x < 2 (c) ∞∑ n=0 (−1)n(n+ 1)(x− 1)n, 0 < x < 2 (d) ∞∑ n=0 (−1)n(x− 1)n+1 n+ 1 , 0 < x ≤ 2 (e) ∞∑ n=0 (−1)n(x− 1)n 4n+1 , 0 ≤ x ≤ 2. 6. Integre x ex. 7. Integre x arctg x.
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