Question Number 57486 by Abdo msup. last updated on 05/Apr/19
$${let}\:{f}\left({x}\right)\:=\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\mathrm{2}−{x}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\left.\mathrm{1}\right){calculate}\:{f}^{\left({n}\right)} \left({x}\right)\:\: \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\:{calculate}\:{f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right) \\ $$$$\left.\mathrm{3}\right){developp}\:{f}\left({x}\right)\:{at}\:{integr}\:{serie}. \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 07/Apr/19
$$\left.\mathrm{1}\right)\:{we}\:{have}\:{f}\left({x}\right)=−\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\left({x}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)\left({x}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{x}−\sqrt{\mathrm{2}}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{x}+\sqrt{\mathrm{2}}}\right){ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right) \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\left\{\:\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}−\sqrt{\mathrm{2}}}\:−\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}+\sqrt{\mathrm{2}}}\right\}\:\Rightarrow{f}^{\left({n}\right)} \left({x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\left\{\:\:\left(\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}−\sqrt{\mathrm{2}}}\right)^{{n}} \:−\left(\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}+\sqrt{\mathrm{2}}}\right)^{\left({n}\right)} \right\} \\ $$$${let}\:{determine}\:\left(\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}−\sqrt{\mathrm{2}}}\right)^{\left({n}\right)} \:\:{leibniz}\:{formula}\:{give} \\ $$$$\left(\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}−\sqrt{\mathrm{2}}}\right)^{\left({n}\right)} \:=\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} \:{C}_{{n}} ^{{k}} \:\:\left({ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)\right)^{\left({k}\right)} \left(\frac{\mathrm{1}}{{x}−\sqrt{\mathrm{2}}}\right)^{\left({n}−{k}\right)} \\ $$$$\left({ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)\right)^{\left(\mathrm{1}\right)\:} \:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}}\:\Rightarrow\left({ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)\right)^{\left.\right)\left.{k}\right)} \:=\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}}\right)^{\left({k}−\mathrm{1}\right)} \:=\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{k}−\mathrm{1}} \left({k}−\mathrm{1}\right)!}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{{k}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\left(\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}−\sqrt{\mathrm{2}}}\right)^{\left({n}\right)} \:={ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {n}!}{\left({x}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }\:+\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:{C}_{{n}} ^{{k}} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{k}−\mathrm{1}} \left({k}−\mathrm{1}\right)!}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{{k}} }\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−{k}} \left({n}−{k}\right)!}{\left({x}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}+\mathrm{1}} } \\ $$$$=\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {n}!\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\left({x}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }\:+\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} \left({k}−\mathrm{1}\right)!\left({n}−{k}\right)!\:\frac{{n}!}{{k}!\left({n}−{k}\right)!\left({x}+\mathrm{1}\right)^{{k}} \left({x}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}+\mathrm{1}} } \\ $$$$=\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {n}!\:\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\left({x}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }\:\:+\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} {n}!\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({x}+\mathrm{1}\right)^{{k}} \left({x}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} }\:\:{also}\:{we}\:{have} \\ $$$$\left(\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}+\sqrt{\mathrm{2}}}\right)^{\left({n}\right)} \:=\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {n}!\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\left({x}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }\:+\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} {n}!\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({x}+\mathrm{1}\right)^{{k}} \left({x}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}+\mathrm{1}} } \\ $$$${so}\:{the}\:{value}\:{of}\:{f}^{\left({n}\right)} \left({x}\right)\:{isdetermined}\:. \\ $$$$ \\ $$
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$$\left.\mathrm{2}\right)\:{we}\:{have}\:{f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\left\{\:\:\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} {n}!\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left(−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}+\mathrm{1}} }\right. \\ $$$$\left.−\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} {n}!\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} }\right\} \\ $$$$=\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} {n}!}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\left\{\:\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}}\left(\:\:\frac{\mathrm{1}}{\left(−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} }\:−\frac{\mathrm{1}}{\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} }\right)\right\} \\ $$$$=\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} {n}!}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}}\frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} \:−\left(−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}+\mathrm{1}} }{\left(−\mathrm{2}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} } \\ $$$$=\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} {n}!}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} \:−\left(−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} }\left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} \:\Rightarrow \\ $$$${f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)\:=\frac{{n}!}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} \:\:\:\frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}+\mathrm{1}} \:−\left(−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}^{{n}−{k}\:+\mathrm{1}} }\:. \\ $$
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$$\left.\mathrm{3}\right)\:{f}\left({x}\right)\:=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{{n}!}\:{x}^{{n}} \:\:=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{{f}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{{n}!}\:{x}^{{n}} \:\:\:\:\:\left({f}\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0}\right) \\ $$$${f}\left({x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \left\{\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} \:\frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}+\mathrm{1}} \:−\left(−\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}^{{n}−{k}+\mathrm{1}} }\right\}\:{x}^{{n}} \:. \\ $$
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$${forgive}\:{error}\:{of}\:{sine}\:\:\:{f}\left({x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\left\{\:\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}+\sqrt{\mathrm{2}}}\:−\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}−\sqrt{\mathrm{2}}}\right\} \\ $$