Question Number 83245 by mathmax by abdo last updated on 29/Feb/20
$${let}\:{f}\left({x}\right)\:={e}^{−\mathrm{2}{x}} {ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}{x}\right) \\ $$$$\left.\mathrm{1}\right)\:{find}\:{f}^{\left({n}\right)} \left({x}\right)\:{and}\:{f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right) \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right){developp}\:{f}\:{at}\:{integr}\:{serie} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 03/Mar/20
$$\left.\mathrm{1}\right)\:{f}^{\left({n}\right)} \left({x}\right)=\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} {C}_{{n}} ^{{k}} \:\left({ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\right)^{\left({k}\right)} \left({e}^{−\mathrm{2}{x}} \right)^{\left({n}−{k}\right)} \\ $$$$={ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{2}\right)^{{n}} \:{e}^{−\mathrm{2}{x}} \:+\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:{C}_{{n}} ^{{k}} \left({ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\right)^{\left({k}\right)} \:\left(−\mathrm{2}\right)^{{n}−{k}} \:{e}^{−\mathrm{2}{x}} \\ $$$${we}\:{have}\:\left({ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\right)^{\left(\mathrm{1}\right)} =\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}\:=\frac{\mathrm{1}}{{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\:\Rightarrow \\ $$$$\left({ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\right)^{\left({k}\right)} =\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\right)^{\left({k}−\mathrm{1}\right)} =\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{k}−\mathrm{1}} \left({k}−\mathrm{1}\right)!}{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{{k}} }\:\Rightarrow \\ $$$${f}^{\left({n}\right)} \left({x}\right)={ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{2}\right)^{{n}} \:{e}^{−\mathrm{2}{x}} \:+\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:{C}_{{n}} ^{{k}} \:\:\frac{\mathrm{2}^{{k}} \left(−\mathrm{1}\right)^{{k}−\mathrm{1}} \left({k}−\mathrm{1}\right)!}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{{k}} }\left(−\mathrm{2}\right)^{{n}−{k}} \:{e}^{−\mathrm{2}{x}} \\ $$$$={ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{2}\right)^{{n}} \:{e}^{−\mathrm{2}{x}} \:+\mathrm{2}^{{n}} \sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:{C}_{{n}} ^{{k}} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{k}−\mathrm{1}+{n}−{k}} \left({k}−\mathrm{1}\right)!}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{{k}} }\:{e}^{−\mathrm{2}{x}} \\ $$$${f}^{\left({n}\right)} \left({x}\right)=\left(−\mathrm{2}\right)^{{n}} \:{e}^{−\mathrm{2}{x}} \left\{\:{ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)+\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \left({k}−\mathrm{1}\right)!\:×\frac{{C}_{{n}} ^{{k}} }{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{{k}} }\right\} \\ $$$${f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)\:=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \left({k}−\mathrm{1}\right)!{C}_{{n}} ^{{k}} \:=\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\left({k}−\mathrm{1}\right)!×\frac{{n}!}{{k}!\left({n}−{k}\right)!} \\ $$$$={n}!\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({n}−{k}\right)!} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 03/Mar/20
$$\left.\mathrm{2}\right)\:{f}\left({x}\right)=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{{n}!}\:{x}^{{n}} \:={f}\left(\mathrm{0}\right)\:+\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{{f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{{n}!}{x}^{{n}} \\ $$$$=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \left(\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({n}−{k}\right)!}\right){x}^{{n}} \\ $$