Rekke for ln2 og tilnærming

Del 2, alle hjelpemidler

Rekke for ln2 og tilnærming

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En uendelig, geometrisk rekke er gitt ved

S(x)=1+x+x2+…

Når x∈⟨−1,1⟩, er S(x)=11−x

Det kan vises at ∫1dx+∫xdx+∫x2dx+…=∫11−xdx

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Forklar at

x+12x2+13x3+14x4+…=−ln⁡(1−x)+C

Begrunn at C=0.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Sett inn x=12 og vis at

11⋅121+12⋅122+13⋅123+14⋅124+…=ln⁡2

Det generelle leddet i rekken ovenfor er an=1n⋅12n.

Det kan vises at de åtte første desimalene i ln⁡2 er 0,69314718.

Hjelpemiddelkrav: Oppsett for hånd

Dersom vi summerer de n første leddene a1+a2+…+an i rekken i oppgave b), får vi en tilnærmingsverdi for ln⁡2.

Hvor mange ledd må vi minst ta med for at vi skal få 6 korrekte desimaler?

Fasit

C=0

11⋅121+12⋅122+13⋅123+…=−ln⁡(1−12)=ln⁡2

n=17

LøsningsforslagKI-generert

Vi deriverer begge sider av likningen

x+12x2+13x3+14x4+…=−ln⁡(1−x)+C

Venstre side, ledd for ledd:

ddx(x+12x2+13x3+…)=1+x+x2+…=S(x)=11−x

Høyre side, med kjerneregelen:

ddx(−ln⁡(1−x)+C)=−−11−x=11−x

Begge sider har altså samme deriverte, 11−x, for x∈⟨−1,1⟩. To funksjoner med samme deriverte på et intervall er like opp til en konstant, så likningen

x+12x2+13x3+…=−ln⁡(1−x)+C

stemmer for en eller annen konstant C. Dette bekrefter (men beviser strengt tatt bare) at de to sidene kan skrives på denne formen — selve integrasjonen i oppgaveteksten viser at dette faktisk stemmer.

For å bestemme C setter vi inn x=0: venstre side blir 0, og høyre side blir −ln⁡(1−0)+C=−ln⁡1+C=0+C=C. Dermed er 0=C, altså

C=0

Vi setter x=12 inn i likningen fra a) (med C=0):

12+12⋅(12)2+13⋅(12)3+14⋅(12)4+…=−ln⁡(1−12)

Leddet 1nxn med x=12 blir 1n⋅12n, som gir rekken

11⋅121+12⋅122+13⋅123+14⋅124+…

Høyre side forenkles:

−ln⁡(12)=−(ln⁡1−ln⁡2)=−(0−ln⁡2)=ln⁡2

Altså

11⋅121+12⋅122+13⋅123+…=ln⁡2

Vi lar S(n)=∑k=1n1k⋅12k være summen av de n første leddene. Siden alle ledd er positive, øker S(n) mot ln⁡2 når n øker.

For at S(n) skal ha 6 korrekte desimaler av ln⁡2=0,69314718…, må avviket være

|ln⁡2−S(n)|<0,5⋅10−6

I GeoGebra CAS defineres S(n) og differansen ln⁡2−S(n) regnes ut for økende n (se utklipp):

Regning i GeoGebra CAS

Fra utklippet:

ln⁡2−S(16)≈8,52⋅10−7>0,5⋅10−6(ikke nok)
ln⁡2−S(17)≈4,04⋅10−7<0,5⋅10−6(nok)

Dette stemmer med at S(16)≈0,693146… (avrundes til 0,693146, feil sjette desimal), mens S(17)≈0,693147… (avrundes til 0,693147, riktige seks desimaler).

Vi må altså minst ta med

n=17 ledd

for å få 6 korrekte desimaler av ln⁡2.

Sensorveiledning

Oppgaven gir til sammen 6 poeng

2 poeng

Riktig svar er n=19. En kandidat som har verktøyet fiksert på 6 desimaler, vil få n=17. Dette gir en uttelling på 1,5 poeng.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt