将 2+x9−x\displaystyle\frac{2+x}{\sqrt{9-x}} 展开为 xx 的升幂级数,直到并包括 x2x^2 的项。 仅使用上述级数展开式的前两项,并代入 x=19x = \frac{1}{9},求出 5\sqrt{5} 的近似值,写成最简分数形式 pq\frac{p}{q},其中 pp 和 qq 是待确定的整数。

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

3(a)

1. Rewrite the expression as a product and factor out the constant to prepare for the binomial expansion.

2+x9−x=(2+x)(9−x)−12\frac{2+x}{\sqrt{9-x}} = (2+x)(9-x)^{-\frac{1}{2}}

(9−x)−12=[9(1−x9)]−12=9−12(1−x9)−12=13(1−x9)−12(9-x)^{-\frac{1}{2}} = \left[9\left(1-\frac{x}{9}\right)\right]^{-\frac{1}{2}} = 9^{-\frac{1}{2}}\left(1-\frac{x}{9}\right)^{-\frac{1}{2}} = \frac{1}{3}\left(1-\frac{x}{9}\right)^{-\frac{1}{2}}

2. Expand $(1-\frac{x}{9})^{-\frac{1}{2}}$ up to the term in $x^2$.

(1−x9)−12=1+(−12)(−x9)+(−12)(−32)2!(−x9)2+…\left(1-\frac{x}{9}\right)^{-\frac{1}{2}} = 1 + \left(-\frac{1}{2}\right)\left(-\frac{x}{9}\right) + \frac{\left(-\frac{1}{2}\right)\left(-\frac{3}{2}\right)}{2!}\left(-\frac{x}{9}\right)^2 + \dots

=1+x18+38(x281)+…= 1 + \frac{x}{18} + \frac{3}{8}\left(\frac{x^2}{81}\right) + \dots

=1+x18+x2216+…= 1 + \frac{x}{18} + \frac{x^2}{216} + \dots

3. Multiply the expanded series by $(2+x)$ and the factor $\frac{1}{3}$, keeping terms up to $x^2$.

2+x9−x=13(2+x)(1+x18+x2216+… )\frac{2+x}{\sqrt{9-x}} = \frac{1}{3}(2+x)\left(1 + \frac{x}{18} + \frac{x^2}{216} + \dots\right)

=13[2(1+x18+x2216)+x(1+x18)]+…= \frac{1}{3}\left[ 2\left(1 + \frac{x}{18} + \frac{x^2}{216}\right) + x\left(1 + \frac{x}{18}\right) \right] + \dots

=13(2+x9+x2108+x+x218)= \frac{1}{3}\left( 2 + \frac{x}{9} + \frac{x^2}{108} + x + \frac{x^2}{18} \right)

=13(2+10x9+7x2108)= \frac{1}{3}\left( 2 + \frac{10x}{9} + \frac{7x^2}{108} \right)

=23+1027x+7324x2= \frac{2}{3} + \frac{10}{27}x + \frac{7}{324}x^2

答案

23+1027x+7324x2\frac{2}{3} + \frac{10}{27}x + \frac{7}{324}x^2

3(b)

1. Concisely obtain the first two terms of the series expansion from part (a) (since its result is required for this part).

2+x9−x=(2+x)[9(1−x9)]−12=2+x3(1−x9)−12\frac{2+x}{\sqrt{9-x}} = (2+x)\left[9\left(1-\frac{x}{9}\right)\right]^{-\frac{1}{2}} = \frac{2+x}{3}\left(1-\frac{x}{9}\right)^{-\frac{1}{2}}
≈(23+x3)(1+(−12)(−x9))≈(23+x3)(1+x18)\approx \left(\frac{2}{3} + \frac{x}{3}\right)\left(1 + \left(-\frac{1}{2}\right)\left(-\frac{x}{9}\right)\right) \approx \left(\frac{2}{3} + \frac{x}{3}\right)\left(1 + \frac{x}{18}\right)
≈23+x27+x3=23+1027x\approx \frac{2}{3} + \frac{x}{27} + \frac{x}{3} = \frac{2}{3} + \frac{10}{27}x

2. Evaluate the original expression exactly at $x = \frac{1}{9}$.

Substitute x=19 into 2+x9−x:\text{Substitute } x = \frac{1}{9} \text{ into } \frac{2+x}{\sqrt{9-x}}:
2+199−19=199809=199803=199×345=19125\frac{2+\frac{1}{9}}{\sqrt{9-\frac{1}{9}}} = \frac{\frac{19}{9}}{\sqrt{\frac{80}{9}}} = \frac{\frac{19}{9}}{\frac{\sqrt{80}}{3}} = \frac{19}{9} \times \frac{3}{4\sqrt{5}} = \frac{19}{12\sqrt{5}}

3. Evaluate the first two terms of the expansion at $x = \frac{1}{9}$ and equate to find $\sqrt{5}$.

Substitute x=19 into the two-term expansion:\text{Substitute } x = \frac{1}{9} \text{ into the two-term expansion:}
23+1027(19)=23+10243=162+10243=172243\frac{2}{3} + \frac{10}{27}\left(\frac{1}{9}\right) = \frac{2}{3} + \frac{10}{243} = \frac{162+10}{243} = \frac{172}{243}
Equating the exact value and the approximation:\text{Equating the exact value and the approximation:}
19125≈172243\frac{19}{12\sqrt{5}} \approx \frac{172}{243}
5≈1912×243172=19×814×172=1539688\sqrt{5} \approx \frac{19}{12} \times \frac{243}{172} = \frac{19 \times 81}{4 \times 172} = \frac{1539}{688}

答案

1539688\frac{1539}{688}

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1已知 θ\theta 很小,证明 sec⁡θ≈1+12θ2\sec\theta \approx 1 + \tfrac{1}{2}\theta^{2}。 下图显示了一个圆,圆心为 O,半径为 r,圆周上有两点 A 和 B,使得 ∠AOB=θ\angle AOB = \theta…
  2. 2已知 1a+bx\dfrac{1}{a+bx} 展开式的前三项为 12+14x+cx2\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{4}x+cx^2,求 aa、bb 和 cc 的值。 利用第 (i) 小题的答案,求由曲线 y=1a+bxy = \dfrac{1}{a+bx}…
  3. 3已知 θ\theta 很小,证明 sec⁡θ≈1+12θ2\sec \theta \approx 1 + \tfrac{1}{2}\theta^2。 下图显示了一个圆心为 OO、半径为 rr 的圆,圆周上有点 AA 和 BB 使得 ∠AOB=θ\angle AOB = \theta…
  4. 4已知 ey=2+ex\text{e}^y = 2 + \text{e}^x。 证明 d2ydx2+(dydx)2=dydx\frac{\text{d}^2y}{\text{d}x^2} + \left(\frac{\text{d}y}{\text{d}x}\right)^2 = \frac{\text{d}y}{\text{d}x}…
  5. 5已知 y=sin⁡(ex−1)y = \sin\left(e^x - 1\right)。 证明 d2ydx2=dydx−ye2x\dfrac{d^2 y}{dx^2} = \dfrac{dy}{dx} - ye^{2x}。 由此求出 yy 的麦克劳林级数展开式,保留至包含 x2x^2…