$f(x) = \cos 2x$ のマクローリン展開($x=0$ でのテイラー展開)を4次の項まで求める問題です。剰余項は求めなくてよく、5次以降については、$R$ や $Rx^5$ などと記述すればよいです。

解析学マクローリン展開テイラー展開三角関数微分
2025/4/19

1. 問題の内容

f(x)=cos2xf(x) = \cos 2x のマクローリン展開(x=0x=0 でのテイラー展開)を4次の項まで求める問題です。剰余項は求めなくてよく、5次以降については、RRRx5Rx^5 などと記述すればよいです。

2. 解き方の手順

マクローリン展開は、関数 f(x)f(x)x=0x=0 におけるテイラー展開であり、以下の式で与えられます。
f(x)=f(0)+f(0)x+f(0)2!x2+f(0)3!x3+f(0)4!x4+f(x) = f(0) + f'(0)x + \frac{f''(0)}{2!}x^2 + \frac{f'''(0)}{3!}x^3 + \frac{f''''(0)}{4!}x^4 + \cdots
まず、f(x)=cos2xf(x) = \cos 2x の導関数を求めます。
f(x)=cos2xf(x) = \cos 2x
f(x)=2sin2xf'(x) = -2\sin 2x
f(x)=4cos2xf''(x) = -4\cos 2x
f(x)=8sin2xf'''(x) = 8\sin 2x
f(x)=16cos2xf''''(x) = 16\cos 2x
次に、x=0x=0 におけるこれらの導関数の値を求めます。
f(0)=cos(0)=1f(0) = \cos(0) = 1
f(0)=2sin(0)=0f'(0) = -2\sin(0) = 0
f(0)=4cos(0)=4f''(0) = -4\cos(0) = -4
f(0)=8sin(0)=0f'''(0) = 8\sin(0) = 0
f(0)=16cos(0)=16f''''(0) = 16\cos(0) = 16
これらの値をマクローリン展開の式に代入します。
f(x)=1+0x+42!x2+03!x3+164!x4+f(x) = 1 + 0x + \frac{-4}{2!}x^2 + \frac{0}{3!}x^3 + \frac{16}{4!}x^4 + \cdots
f(x)=12x2+23x4+Rf(x) = 1 - 2x^2 + \frac{2}{3}x^4 + R

3. 最終的な答え

f(x)=12x2+23x4+Rf(x) = 1 - 2x^2 + \frac{2}{3}x^4 + R

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