AMKbook.Net Задачи должны иметь решение
Реклама

Задача №2043

Условие

Написать разложение функции \(y=\frac{x}{e^x-1}\) по целым неотрицательным степеням переменной \(x\) до члена с \(x^4\) включительно.

Решение

Первый способ

\[ \frac{x}{e^x-1} =a_0+a_1 x+a_2 x^2+a_3 x^3+a_4 x^4+o\left(x^4\right) \]
\[ x=\left(e^x-1\right)\cdot\left(a_0+a_1 x+a_2 x^2+a_3 x^3+a_4 x^4+o\left(x^4\right)\right)=\\ =\left(x+\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{6}+\frac{x^4}{24}+\frac{x^5}{120}+o\left(x^5\right)\right)\cdot\left(a_0+a_1 x+a_2 x^2+a_3 x^3+a_4 x^4+o\left(x^4\right)\right) \]
\[ 1=\left(1+\frac{x}{2}+\frac{x^2}{6}+\frac{x^3}{24}+\frac{x^4}{120}+o\left(x^4\right)\right)\cdot\left(a_0+a_1 x+a_2 x^2+a_3 x^3+a_4 x^4+o\left(x^4\right)\right) \]
\[ 1 =a_0+\left(\frac{a_0}{2}+a_1\right)x+\left(\frac{a_0}{6}+\frac{a_1}{2}+a_2\right)x^2+\left(\frac{a_0}{24}+\frac{a_1}{6}+\frac{a_2}{2}+a_3 \right)x^3+\left(\frac{a_0}{120}+\frac{a_1}{24}+\frac{a_2}{6}+\frac{a_3}{2}+a_4\right)x^4+o\left(x^4\right) \]
\[ \left\{\begin{aligned} & a_0=1;\\ &\frac{a_0}{2}+a_1=0;\\ & \frac{a_0}{6}+\frac{a_1}{2}+a_2=0;\\ & \frac{a_0}{24}+\frac{a_1}{6}+\frac{a_2}{2}+a_3 = 0;\\ & \frac{a_0}{120}+\frac{a_1}{24}+\frac{a_2}{6}+\frac{a_3}{2}+a_4=0. \end{aligned}\right. \]

Решая данную систему, получим: \(a_0=1\), \(a_1=-\frac{1}{2}\), \(a_2=\frac{1}{12}\), \(a_3=0\), \(a_4=-\frac{1}{720}\).

\[ \frac{x}{e^x-1} =1-\frac{1}{2}x+\frac{1}{12}x^2-\frac{1}{720}x^4+o\left(x^4\right) \]

Второй способ

Обозначим \(u=\frac{x}{2}+\frac{x^2}{6}+\frac{x^3}{24}+\frac{x^4}{120}+\left(o^4\right)\).

\[ \frac{x}{e^x-1} =\frac{1}{\frac{1}{x}\left(e^x-1\right)} =\frac{1}{\frac{1}{x}\cdot\left(x+\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{6}+\frac{x^4}{24}+\frac{x^5}{120}+o\left(x^5\right) \right)}=\\ =\frac{1}{1+u} =1-u+u^2-u^3+u^4+o\left(u^4\right) =1-\frac{1}{2}x+\frac{1}{12}x^2-\frac{1}{720}x^4+o\left(x^4\right) \]
Ответ: \(1-\frac{1}{2}x+\frac{1}{12}x^2-\frac{1}{720}x^4+o\left(x^4\right)\)
Задачник №5Демидович "Сборник задач и упражнений по математическому анализу"
Раздел №2Дифференциальное исчисление функций одной переменной
Задача №1382