求反双曲函数的泰勒级数展开式。

如题所述

反双曲函数的泰勒级数展开式可以表示为:

    反双曲正弦函数的泰勒级数展开式:

    arcsinh(x) = x + 1/6 * x^3 + 3/40 * x^5 + 5/112 * x^7 + ...

    反双曲余弦函数的泰勒级数展开式:

    arccosh(x) = ln(x + (x^2 - 1)^(1/2)) = ln(2x) + 1/2 * (1/2^2) * (x^2 - 1) - 1/4 * (1/2^4) * (x^2 - 1)^2 + 3/8 * (1/2^6) * (x^2 - 1)^3 - ...

    反双曲正切函数的泰勒级数展开式:

    arctanh(x) = x - 1/3 * x^3 + 1/5 * x^5 - 1/7 * x^7 + ...

    下面我们分别来证明这三个展开式:

    反双曲正弦函数的泰勒级数展开式

    由于反双曲正弦函数的导数是

    (arcsinh(x))' = 1 / (1 + x^2)^(1/2)

    因此,可以将反双曲正弦函数表示为以下积分形式:

    arcsinh(x) = ∫[1, x] dt / (1 + t^2)^(1/2)

    将被积函数展开成泰勒级数形式:

    1 / (1 + t^2)^(1/2) = 1 + (-1/2) * t^2 + (-1/2) * (-3/2) * t^4 + (-1/2) * (-3/2) * (-5/2) * t^6 + ...

    将展开式代入积分式中:

    arcsinh(x) = ∫[1, x] dt * (1 - 1/2 * t^2 + 1/2 * 3/2 * t^4 - 1/2 * 3/2 * 5/2 * t^6 + ...)

    积分后,得到反双曲正弦函数的泰勒级数展开式:

    arcsinh(x) = x + 1/6 * x^3 + 3/40 * x^5 + 5/112 * x^7 + ...

    反双曲余弦函数的泰勒级数展开式

    因为反双曲余弦函数是反双曲正弦函数的反函数,所以可以将反双曲余弦函数表示为:

    arccosh(x) = ln(x + (x^2 - 1)^(1/2))

    对 x 进行展开:

    x + (x^2 - 1)^(1/2) = x + x*(1 - 1/2 * x^2 + 3/8 * x^4 - 5/16 * x^6 + ...)

    将上式代入 arccosh(x) 的定义式中:

    arccosh(x) = ln(x + x*(1 - 1/2 * x^2 + 3/8 * x^4 - 5/16 * x^6 + ...))

    化简可得:

    arccosh(x) = ln(2x) + 1/2 * (-1/2) * (1/2) * x^2 + 1/4 * (-1/2) * (-3/2) * (1/2)^2 * x^4 + 1/6 * (-1/2) * (-3/2) * (-5/2) * (1/2)^3 * x^6 + ...

    因此,反双曲余弦函数的泰勒级数展开式为:

    arccosh(x) = ln(2x) + 1/2 * (1/2^2) * (x^2 - 1) - 1/4 * (1/2^4) * (x^2 - 1)^2 + 3/8 * (1/2^6) * (x^2 - 1)^3 - ...

      反双曲正切函数的泰勒级数展开式

      因为反双曲正切函数是反双曲正弦函数的反函数,所以可以将反双曲正切函数表示为:

      arctanh(x) = ∫[0, x] dt / (1 - t^2)

      将被积函数展开成泰勒级数形式:

      1 / (1 - t^2) = 1 + t^2 + t^4 + t^6 + ...

      将展开式代入积分式中:

      arctanh(x) = ∫[0, x] dt * (1 + t^2 + t^4 + t^6 + ...)

      积分后,得到反双曲正切函数的泰勒级数展开式:

      arctanh(x) = x - 1/3 * x^3 + 1/5 * x^5 - 1/7 * x^7 + ...

      因此,反双曲函数的泰勒级数展开式得证。

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