Harold`s Taylor Series Cheat Sheet Power Series Approximation

Harold’s Taylor Series
Cheat Sheet
20 April 2016
Power Series
Power Series About Zero
Geometric Series if π‘Žπ‘› = π‘Ž
Power Series
+∞
βˆ‘ π‘Žπ‘› π‘₯ 𝑛 = π‘Ž0 + π‘Ž1 π‘₯ + π‘Ž2 π‘₯ 2 + π‘Ž3 π‘₯ 3 + π‘Ž4 π‘₯ 4 + β‹―
𝑛=0
+∞
βˆ‘ π‘Žπ‘› (π‘₯ βˆ’ 𝑐)𝑛 = π‘Ž0 + π‘Ž1 (π‘₯ βˆ’ 𝑐) + π‘Ž2 (π‘₯ βˆ’ 𝑐)2 + β‹―
𝑛=0
Approximation Polynomial
𝒇(𝒙) = 𝑷𝒏 (𝒙) + 𝑹𝒏 (𝒙)
𝑃𝑛 (π‘₯) = π‘›π‘‘β„Ž π‘‘π‘’π‘”π‘Ÿπ‘’π‘’ π‘π‘œπ‘™π‘¦π‘›π‘œπ‘šπ‘–π‘Žπ‘™ π‘Žπ‘π‘π‘Ÿπ‘œπ‘₯π‘–π‘šπ‘Žπ‘‘π‘–π‘œπ‘›
𝑅𝑛 (π‘₯) = ± πΈπ‘Ÿπ‘Ÿπ‘œπ‘Ÿ
𝑁𝑂𝑇𝐸: 𝑃𝑛 (π‘₯) 𝑖𝑠 π‘’π‘Žπ‘ π‘¦ π‘‘π‘œ π‘–π‘›π‘‘π‘’π‘”π‘Ÿπ‘Žπ‘‘π‘’ π‘Žπ‘›π‘‘ π‘‘π‘–π‘“π‘“π‘’π‘Ÿπ‘’π‘›π‘‘π‘–π‘Žπ‘‘π‘’
Maclaurin Series
Maclaurin Series
Taylor Series centered about π‘₯ = 0
Maclaurin Series Remainder
+∞
𝒇(𝒙) β‰ˆ 𝑷𝒏 (𝒙) = βˆ‘
𝒏=𝟎
𝒇(𝒏) (𝟎) 𝒏
𝒙
𝒏!
𝑓 (𝑛+1) (π‘₯ βˆ— ) 𝑛+1
π‘₯
(𝑛 + 1)!
where π‘₯ ≀ π‘₯ βˆ— ≀ π‘šπ‘Žπ‘₯ and lim 𝑅𝑛 (π‘₯) = 0
𝑅𝑛 (π‘₯) =
π‘₯β†’+∞
Taylor Series
Taylor Series
Maclaurin Series if 𝑐 = 0
+∞
𝑓(π‘₯) β‰ˆ 𝑃𝑛 (π‘₯) = βˆ‘
𝑛=0
𝑓 (𝑛) (𝑐)
(π‘₯ βˆ’ 𝑐)𝑛
𝑛!
(𝑛+1)
Taylor Series Remainder
𝑓
(π‘₯ βˆ— )
(π‘₯ βˆ’ 𝑐)𝑛+1
(𝑛 + 1)!
where π‘₯ ≀ π‘₯ βˆ— ≀ 𝑐 and lim 𝑅𝑛 (π‘₯) = 0
𝑅𝑛 (π‘₯) =
π‘₯β†’+∞
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1
Series Examples
Exponential Functions
∞
𝒙
𝒆 =βˆ‘
𝒙𝒏
𝒇𝒐𝒓 𝒂𝒍𝒍 𝒙
𝒏!
𝒏=𝟎
∞
π‘Ž π‘₯ = 𝑒 π‘₯ ln(π‘Ž) = βˆ‘
𝑛=0
1+π‘₯+
(π‘₯ ln(π‘Ž))𝑛
π‘“π‘œπ‘Ÿ π‘Žπ‘™π‘™ π‘₯
𝑛!
π‘₯2 π‘₯3 π‘₯4 π‘₯5 π‘₯6 π‘₯7 π‘₯8
+ + + + + + +β‹―
2! 3! 4! 5! 6! 7! 8!
1 + π‘₯ ln(π‘Ž) +
[π‘₯ ln(π‘Ž)]2 [π‘₯ ln(π‘Ž)]3
+
+β‹―
2!
3!
Natural Logarithms
∞
ln (1 βˆ’ π‘₯) = βˆ‘
∞
ln (π‘₯) = βˆ‘
(βˆ’1)
𝑛=1
∞
π₯𝐧 (𝟏 + 𝒙) = βˆ‘
𝒏=𝟏
∞
𝑛=1
π‘›βˆ’1
π‘₯𝑛
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
𝑛
π‘₯+
(π‘₯ βˆ’ 1)𝑛
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
𝑛
π‘₯2 π‘₯3 π‘₯4 π‘₯5 π‘₯6 π‘₯7 π‘₯8
+ + + + + + +β‹―
2
3
4
5
6
7
8
(π‘₯ βˆ’ 1) βˆ’
(βˆ’πŸ)π’βˆ’πŸ 𝒏
𝒙 𝒇𝒐𝒓 |𝒙| < 𝟏
𝒏
π‘₯βˆ’
1+π‘₯
2
)=βˆ‘
ln (
π‘₯ 2π‘›βˆ’1 π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
1βˆ’π‘₯
2𝑛 βˆ’ 1
2π‘₯ βˆ’
𝑛=1
(π‘₯ βˆ’ 1)2 (π‘₯ βˆ’ 1)3 (π‘₯ βˆ’ 1)4
+
βˆ’
+β‹―
2
3
4
π‘₯2 π‘₯3 π‘₯4 π‘₯5 π‘₯6 π‘₯7 π‘₯8
+ βˆ’ + βˆ’ + βˆ’ +β‹―
2
3
4
5
6
7
8
2π‘₯ 2 2π‘₯ 3 2π‘₯ 4 2π‘₯ 5 2π‘₯ 6 2π‘₯ 7
+
βˆ’
+
βˆ’
+
βˆ’β‹―
3
5
7
9
11
13
Geometric Series
∞
1
= βˆ‘(βˆ’1)𝑛 (π‘₯ βˆ’ 1)𝑛 π‘“π‘œπ‘Ÿ 0 < π‘₯ < 2
π‘₯
𝑛=0
1 βˆ’ (π‘₯ βˆ’ 1) + (π‘₯ βˆ’ 1)2 βˆ’ (π‘₯ βˆ’ 1)3 + (π‘₯ βˆ’ 1)4 + β‹―
∞
1
= βˆ‘(βˆ’1)𝑛 π‘₯ 𝑛 π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
1+π‘₯
𝑛=0
1 βˆ’ π‘₯ + π‘₯2 βˆ’ π‘₯3 + π‘₯4 βˆ’ π‘₯5 + π‘₯6 βˆ’ π‘₯7 + π‘₯8 βˆ’ β‹―
∞
𝟏
= βˆ‘ 𝒙𝒏 𝒇𝒐𝒓 |𝒙| < 𝟏
πŸβˆ’π’™
∞
1 + π‘₯ + π‘₯2 + π‘₯3 + π‘₯4 + π‘₯5 + π‘₯6 + π‘₯7 + π‘₯8 + β‹―
𝒏=𝟎
1
= βˆ‘(βˆ’1)𝑛 π‘₯ 2𝑛 π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
1 + π‘₯2
𝑛=0
1 βˆ’ π‘₯ 2 + π‘₯ 4 βˆ’ π‘₯ 6 + π‘₯ 8 βˆ’ π‘₯ 10 + π‘₯ 12 βˆ’ π‘₯ 14 + β‹―
∞
1
= βˆ‘ π‘₯ 2𝑛 π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
1 βˆ’ π‘₯2
1 + π‘₯ 2 + π‘₯ 4 + π‘₯ 6 + π‘₯ 8 + π‘₯ 10 + π‘₯ 12 + π‘₯ 14 + β‹―
𝑛=0
∞
1
= βˆ‘(βˆ’1)π‘›βˆ’1 𝑛π‘₯ π‘›βˆ’1 π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
(1 + π‘₯)2
𝑛=1
1 βˆ’ 2π‘₯ + 3π‘₯ 2 βˆ’ 4π‘₯ 3 + 5π‘₯ 4 βˆ’ 6π‘₯ 5 + 7π‘₯ 6 βˆ’ β‹―
∞
1
= βˆ‘ 𝑛π‘₯ π‘›βˆ’1 π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
(1 βˆ’ π‘₯)2
1 + 2π‘₯ + 3π‘₯ 2 + 4π‘₯ 3 + 5π‘₯ 4 + 6π‘₯ 5 + 7π‘₯ 6 + β‹―
𝑛=1
∞
(βˆ’1)π‘›βˆ’1 (𝑛 βˆ’ 1)𝑛 π‘›βˆ’2
1
=
βˆ‘
π‘₯
(1 + π‘₯)3
2
𝑛=2
1 βˆ’ 3π‘₯ + 6π‘₯ 2 βˆ’ 10π‘₯ 3 + 15π‘₯ 4 βˆ’ 21π‘₯ 5 + 28π‘₯ 6 βˆ’ β‹―
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
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2
∞
1
(𝑛 βˆ’ 1)𝑛 π‘›βˆ’2
=βˆ‘
π‘₯
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
3
(1 βˆ’ π‘₯)
2
𝑛=2
∞
(βˆ’1)𝑛 (2𝑛)!
π‘₯𝑛
4𝑛 (𝑛!)2 (1 βˆ’ 2𝑛)
√1 + π‘₯ = βˆ‘
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ ≀ 1
∞
(2𝑛)!
π‘₯𝑛
√1 βˆ’ π‘₯ = βˆ‘ 𝑛
4 (𝑛!)2 (1 βˆ’ 2𝑛)
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ ≀ 1
∞
(βˆ’1)𝑛 (2𝑛)!
2
√1 + π‘₯ = βˆ‘ 𝑛
π‘₯ 2𝑛
4 (𝑛!)2 (1 βˆ’ 2𝑛)
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ ≀ 1
∞
(2𝑛)!
2
√1 βˆ’ π‘₯ = βˆ‘ 𝑛
π‘₯ 2𝑛
4 (𝑛!)2 (1 βˆ’ 2𝑛)
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ ≀ 1
1 + 3π‘₯ + 6π‘₯ 2 + 10π‘₯ 3 + 15π‘₯ 4 + 21π‘₯ 5 + 28π‘₯ 6 + β‹―
1
1
1
5 4
7 5
21 5
1 + π‘₯ βˆ’ π‘₯2 + π‘₯3 βˆ’
π‘₯ +
π‘₯ βˆ’
π‘₯
2
8
16
128
256
1,024
+β‹―
1
1
1
5 4
7 5
21 5
1 βˆ’ π‘₯ βˆ’ π‘₯2 βˆ’ π‘₯3 βˆ’
π‘₯ βˆ’
π‘₯ βˆ’
π‘₯
2
8
16
128
256
1,024
βˆ’β‹―
1
1
1
5 8
7 10
1 + π‘₯2 βˆ’ π‘₯4 + π‘₯6 βˆ’
π‘₯ +
π‘₯ βˆ’β‹―
2
8
16
128
256
1
1
1
5 8
7 10
1 βˆ’ π‘₯2 βˆ’ π‘₯4 βˆ’ π‘₯6 βˆ’
π‘₯ βˆ’
π‘₯ βˆ’β‹―
2
8
16
128
256
(𝑛)β€Ό = 𝑛(𝑛 βˆ’ 2)(𝑛 βˆ’ 4) … 6 βˆ™ 4 βˆ™ 2 𝑖𝑓 𝑒𝑣𝑒𝑛
(𝑛)β€Ό = 𝑛(𝑛 βˆ’ 2)(𝑛 βˆ’ 4) … 5 βˆ™ 3 βˆ™ 1 𝑖𝑓 π‘œπ‘‘π‘‘
π‘€β„Žπ‘’π‘Ÿπ‘’ 0β€Ό = 1 π‘Žπ‘›π‘‘ ─1β€Ό = 1
Double Factorial (!!)
∞
1
√1 + π‘₯
=βˆ‘
𝑛=0
(βˆ’1)𝑛 (2𝑛 βˆ’ 1)β€Ό 𝑛
π‘₯
(2𝑛)β€Ό
π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ ≀ 1
∞
(2𝑛 βˆ’ 1)β€Ό 𝑛
1
=βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)β€Ό
√1 βˆ’ π‘₯
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ ≀ 1
∞
(βˆ’1)𝑛 (2𝑛 βˆ’ 1)β€Ό 2𝑛
1
=βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)β€Ό
√1 + π‘₯ 2 𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ ≀ 1
∞
(2𝑛 βˆ’ 1)β€Ό 2𝑛
1
=βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)β€Ό
√1 βˆ’ π‘₯ 2
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ ≀ 1
1
1βˆ™3 2 1βˆ™3βˆ™5 3 1βˆ™3βˆ™5βˆ™7 4
1βˆ’ π‘₯+
π‘₯ βˆ’
π‘₯ +
π‘₯ βˆ’β‹―
2
2βˆ™4
2βˆ™4βˆ™6
2βˆ™4βˆ™6βˆ™8
1
1βˆ™3 2 1βˆ™3βˆ™5 3 1βˆ™3βˆ™5βˆ™7 4
1+ π‘₯+
π‘₯ +
π‘₯ +
π‘₯ +β‹―
2
2βˆ™4
2βˆ™4βˆ™6
2βˆ™4βˆ™6βˆ™8
1
1βˆ™3 4 1βˆ™3βˆ™5 6 1βˆ™3βˆ™5βˆ™7 8
1 βˆ’ π‘₯2 +
π‘₯ βˆ’
π‘₯ +
π‘₯ βˆ’β‹―
2
2βˆ™4
2βˆ™4βˆ™6
2βˆ™4βˆ™6βˆ™8
1
1βˆ™3 4 1βˆ™3βˆ™5 6 1βˆ™3βˆ™5βˆ™7 8
1 + π‘₯2 +
π‘₯ +
π‘₯ +
π‘₯ +β‹―
2
2βˆ™4
2βˆ™4βˆ™6
2βˆ™4βˆ™6βˆ™8
Binomial Series
+∞
π‘Ÿ
(1 + π‘₯) = βˆ‘ ( ) π‘₯ 𝑛
𝑛
π‘Ÿ
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1 and all complex r where
𝑛
π‘Ÿ
π‘Ÿβˆ’π‘˜+1
( )=∏
𝑛
π‘˜
1 + π‘Ÿπ‘₯ +
π‘Ÿ(π‘Ÿ βˆ’ 1) 2 π‘Ÿ(π‘Ÿ βˆ’ 1)(π‘Ÿ βˆ’ 2) 3
π‘₯ +
π‘₯ +β‹―
2!
3!
π‘˜=1
π‘Ÿ(π‘Ÿ βˆ’ 1)(π‘Ÿ βˆ’ 2) … (π‘Ÿ βˆ’ 𝑛 + 1)
=
𝑛!
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3
Trigonometric Functions
∞
𝐬𝐒𝐧 (𝒙) = βˆ‘
𝒏=𝟎
(βˆ’πŸ)𝒏
π’™πŸπ’+𝟏 𝒇𝒐𝒓 𝒂𝒍𝒍 𝒙
(πŸπ’ + 𝟏)!
1βˆ’
π‘₯ 2 π‘₯ 4 π‘₯ 6 π‘₯ 8 π‘₯ 10 π‘₯ 12 π‘₯ 14
+ βˆ’ + βˆ’
+
βˆ’
+β‹―
2! 4! 6! 8! 10! 12! 14!
𝒏=𝟎
π‘›βˆ’1
22𝑛 (22𝑛 βˆ’ 1) 𝐡2𝑛 2π‘›βˆ’1
π‘₯
(2𝑛)!
𝑛=1
πœ‹
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| <
2
∞
(βˆ’1)𝑛 𝐸2𝑛 2𝑛
sec (π‘₯) = βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)!
𝑛=0
πœ‹
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| <
2
∞
(βˆ’1)π‘›βˆ’1 2 (22π‘›βˆ’1 βˆ’ 1) 𝐡2𝑛 2π‘›βˆ’1
csc (π‘₯) = βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)!
tan (π‘₯) = βˆ‘
π‘₯ 3 π‘₯ 5 π‘₯ 7 π‘₯ 9 π‘₯ 11 π‘₯ 13 π‘₯ 15
+ βˆ’ + βˆ’
+
βˆ’
+β‹―
3! 5! 7! 9! 11! 13! 15!
∞
(βˆ’πŸ)𝒏 πŸπ’
𝐜𝐨𝐬 (𝒙) = βˆ‘
𝒙
𝒇𝒐𝒓 𝒂𝒍𝒍 𝒙
(πŸπ’)!
∞
π‘₯βˆ’
1
2
17 7
62 9
π‘₯ + π‘₯3 + π‘₯5 +
π‘₯ +
π‘₯
3
15
315
2,835
1,382 11
21,844 13
+
π‘₯ +
π‘₯ +β‹―
155,925
608,1075
(βˆ’1)
1+
1 1
7 3
31
127
+ π‘₯+
π‘₯ +
π‘₯5 +
π‘₯7 + β‹―
π‘₯ 6
360
15,120
604,800
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ 0 < π‘₯ < πœ‹
∞
cot (π‘₯) = βˆ‘
𝑛=0
(βˆ’1)𝑛 22𝑛 𝐡2𝑛 2π‘›βˆ’1
π‘₯
(2𝑛)!
π‘“π‘œπ‘Ÿ 0 < π‘₯ < πœ‹
π‘₯2
π‘₯4
π‘₯6
π‘₯8
π‘₯ 10
+ 5 + 61 + 1,385 + 50,521
+β‹―
2!
4!
6!
8!
10!
1 1
1
2 5
1
4
βˆ’ π‘₯ βˆ’ π‘₯3 βˆ’
π‘₯ βˆ’
π‘₯7 βˆ’
π‘₯9 βˆ’ β‹―
π‘₯ 3
45
189
4,725
2,835
Inverse Trigonometric Functions
∞
(2𝑛)!
βˆ’1
sin (π‘₯) = βˆ‘ 𝑛 2
π‘₯ 2𝑛+1
(2 𝑛!) (2𝑛 + 1)
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| ≀ 1
1
𝛀 (𝑛 + )
2
sin (π‘₯) = βˆ‘
π‘₯ 2𝑛+1
(2𝑛 + 1) 𝑛!
πœ‹
√
𝑛=0
πœ‹
βˆ’1
cos (π‘₯) = βˆ’ sinβˆ’1 (π‘₯)
2
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| ≀ 1
∞
π‘₯+
π‘₯3
1 βˆ™ 3π‘₯ 5 1 βˆ™ 3 βˆ™ 5π‘₯ 7 1 βˆ™ 3 βˆ™ 5 βˆ™ 7π‘₯ 9
+
+
+
+β‹―
2βˆ™3 2βˆ™4βˆ™5 2βˆ™4βˆ™6βˆ™7 2βˆ™4βˆ™6βˆ™8βˆ™9
βˆ’1
∞
βˆ’πŸ
𝐭𝐚𝐧
(𝒙) = βˆ‘
𝒏=𝟎
(βˆ’πŸ)𝒏 πŸπ’+𝟏
𝒙
(πŸπ’ + 𝟏)
𝒇𝒐𝒓 |𝒙| < 𝟏
πœ‹
π‘₯3
1 βˆ™ 3π‘₯ 5 1 βˆ™ 3 βˆ™ 5π‘₯ 7
βˆ’π‘₯βˆ’
βˆ’
βˆ’
βˆ’β‹―
2
2βˆ™3 2βˆ™4βˆ™5 2βˆ™4βˆ™6βˆ™7
π‘₯3 π‘₯5 π‘₯7 π‘₯9
+ βˆ’ + βˆ’ β‹― π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ < 1
3
5
7
9
πœ‹ 1
1
1
1
1
βˆ’ + 3 βˆ’ 5 + 7 βˆ’ 9 + β‹― π‘“π‘œπ‘Ÿ π‘₯ β‰₯ 1
2 π‘₯ 3π‘₯
5π‘₯
7π‘₯
9π‘₯
πœ‹ 1
1
1
1
1
βˆ’ βˆ’ + 3 βˆ’ 5 + 7 βˆ’ 9 + β‹― π‘“π‘œπ‘Ÿ π‘₯ < 1
2 π‘₯ 3π‘₯
5π‘₯
7π‘₯
9π‘₯
sec βˆ’1 (π‘₯) = βˆ’π‘– ln(π‘₯) + 𝑖 ln(2)
∞
(2𝑛 + 1)! π‘₯ 2𝑛+2
𝑖
βˆ’ βˆ‘ 𝑛
4
4 [(𝑛 + 1)!]2
π‘₯ βˆ’
𝑖
3𝑖 4 5𝑖 6
βˆ’π‘– ln(π‘₯) + 𝑖 ln(2) βˆ’ π‘₯ 2 βˆ’
π‘₯ βˆ’ π‘₯ βˆ’β‹―
4
32
96
𝑛=0
Copyright © 2015-2016 by Harold Toomey, WyzAnt Tutor
4
πœ‹
2
∞
(2𝑛 + 1)! π‘₯ 2𝑛+2
𝑖
+ βˆ‘ 𝑛
4
4 [(𝑛 + 1)!]2
csc βˆ’1 (π‘₯) = 𝑖 ln(π‘₯) βˆ’ 𝑖 ln(2) +
𝑖 ln(π‘₯) βˆ’ 𝑖 ln(2) +
πœ‹ 𝑖 2 3𝑖 4 5𝑖 6
+ π‘₯ +
π‘₯ + π‘₯ +β‹―
2 4
32
96
𝑛=0
πœ‹
βˆ’ tanβˆ’1 (π‘₯)
2
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1
cot βˆ’1 (π‘₯) =
Hyperbolic Functions
πœ‹
π‘₯3 π‘₯5 π‘₯7 π‘₯9
βˆ’ π‘₯ + βˆ’ + βˆ’ + β‹― π‘“π‘œπ‘Ÿ βˆ’ 1 < π‘₯ < 1
2
3
5
7
9
1
1
1
1
1
βˆ’ 3 + 5 βˆ’ 7 + 9 βˆ’ β‹― π‘“π‘œπ‘Ÿ π‘₯ β‰₯ 1
π‘₯ 3π‘₯
5π‘₯
7π‘₯
9π‘₯
1
1
1
1
1
πœ‹ + βˆ’ 3 + 5 βˆ’ 7 + 9 βˆ’ β‹― π‘“π‘œπ‘Ÿ π‘₯ < 1
π‘₯ 3π‘₯
5π‘₯
7π‘₯
9π‘₯
∞
𝑒 π‘₯ βˆ’ 𝑒 βˆ’π‘₯
π‘₯ 2𝑛+1
sinh (π‘₯) =
=βˆ‘
π‘“π‘œπ‘Ÿ π‘Žπ‘™π‘™ π‘₯
(2𝑛 + 1)!
2
π‘₯
cosh (π‘₯) =
𝑒 +𝑒
2
βˆ’π‘₯
𝑛=0
∞
=βˆ‘
𝑛=0
π‘₯ 2𝑛
π‘“π‘œπ‘Ÿ π‘Žπ‘™π‘™ π‘₯
(2𝑛)!
𝑒 π‘₯ βˆ’ 𝑒 βˆ’π‘₯
tanh (π‘₯) = π‘₯
𝑒 + 𝑒 βˆ’π‘₯
∞
2𝑛 2𝑛
2 (2 βˆ’ 1) 𝐡2𝑛 2π‘›βˆ’1
tanh (π‘₯) = βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)!
𝑛=1
πœ‹
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| <
2
∞
𝐸2𝑛 2𝑛
sech (π‘₯) = βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)!
𝑛=0
πœ‹
|π‘₯|
π‘“π‘œπ‘Ÿ
<
2
∞
(2 βˆ’ 22𝑛 ) 𝐡2𝑛 2π‘›βˆ’1
1
csch (π‘₯) = + βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)!
π‘₯
π‘₯+
π‘₯ 3 π‘₯ 5 π‘₯ 7 π‘₯ 9 π‘₯ 11 π‘₯ 13 π‘₯ 15
+ + + +
+
+
+β‹―
3! 5! 7! 9! 11! 13! 15!
1+
π‘₯ 2 π‘₯ 4 π‘₯ 6 π‘₯ 8 π‘₯ 10 π‘₯ 12 π‘₯ 14
+ + + +
+
+
+β‹―
2! 4! 6! 8! 10! 12! 14!
π‘₯3
π‘₯5
π‘₯7
π‘₯9
π‘₯ 11
+ 16 βˆ’ 272 + 7,936 βˆ’ 353,792
3!
5!
7!
9!
11!
+β‹―
1
2
17 7
62 9
1,382 11
π‘₯ βˆ’ π‘₯3 + π‘₯5 βˆ’
π‘₯ +
π‘₯ βˆ’
π‘₯
3
15
315
2,835
155,925
+β‹―
π‘₯βˆ’2
π‘₯2
π‘₯4
π‘₯6
π‘₯8
π‘₯ 10
1 βˆ’ + 5 βˆ’ 61 + 1,385 βˆ’ 50,521
+β‹―
2!
4!
6!
8!
10!
1 1
7 3
31
127
βˆ’ π‘₯+
π‘₯ βˆ’
π‘₯5 +
π‘₯7 βˆ’ β‹―
π‘₯ 6
360
15,120
604,800
𝑛=1
π‘“π‘œπ‘Ÿ 0 < |π‘₯| < πœ‹
∞
1
(βˆ’1)π‘›βˆ’1 22𝑛 𝐡2𝑛 2π‘›βˆ’1
coth (π‘₯) = + βˆ‘
π‘₯
(2𝑛)!
π‘₯
𝑛=1
π‘“π‘œπ‘Ÿ 0 < |π‘₯| < πœ‹
1 1
1
2 5
1
4
+ π‘₯ βˆ’ π‘₯3 +
π‘₯ βˆ’
π‘₯7 +
π‘₯9 βˆ’ β‹―
π‘₯ 3
45
945
4,725
2,835
Inverse Hyperbolic Functions
∞
βˆ’1
sinh (π‘₯) = βˆ‘
𝑛=0
(βˆ’1)𝑛 (2𝑛)!
π‘₯ 2𝑛+1
(2𝑛 𝑛!)2 (2𝑛 + 1)
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| ≀ 1
∞
(βˆ’1)𝑛 (2𝑛 βˆ’ 1)β€Ό 2𝑛+1
sinhβˆ’1 (π‘₯) = βˆ‘
π‘₯
(2𝑛 + 1)(2𝑛)β€Ό
π‘₯βˆ’
π‘₯3
1 βˆ™ 3π‘₯ 5 1 βˆ™ 3 βˆ™ 5π‘₯ 7 1 βˆ™ 3 βˆ™ 5 βˆ™ 7π‘₯ 9
+
βˆ’
+
βˆ’β‹―
2βˆ™3 2βˆ™4βˆ™5 2βˆ™4βˆ™6βˆ™7 2βˆ™4βˆ™6βˆ™8βˆ™9
𝑛=0
Copyright © 2015-2016 by Harold Toomey, WyzAnt Tutor
5
∞
πœ‹
2βˆ’π‘›
cosh (π‘₯) = 𝑖 βˆ’ 𝑖 βˆ‘
π‘₯ 2𝑛+1
2
𝑛! (2𝑛 + 1)
βˆ’1
πœ‹π‘–
𝑖 π‘₯ 3 𝑖 βˆ™ 1 βˆ™ 3π‘₯ 5 𝑖 βˆ™ 1 βˆ™ 3 βˆ™ 5π‘₯ 7
βˆ’π‘–π‘₯βˆ’
βˆ’
βˆ’
βˆ’β‹―
2
2βˆ™3
2βˆ™4βˆ™5
2βˆ™4βˆ™6βˆ™7
𝑛=0
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| ≀ 1
∞
π‘₯ 2𝑛+1
βˆ’1
tanh (π‘₯) = βˆ‘
2𝑛 + 1
π‘₯+
𝑛=0
π‘₯ 3 π‘₯ 5 π‘₯ 7 π‘₯ 9 π‘₯ 11 π‘₯ 13 π‘₯ 15
+ + + +
+
+
+β‹―
3
5
7
9
11
13
15
π‘“π‘œπ‘Ÿ |π‘₯| < 1, π‘₯ β‰  ±1
βˆ’1
sech (π‘₯) = βˆ’ ln(π‘₯) + ln(2)
∞
(2𝑛 + 1)! π‘₯ 2𝑛+2
1
+ βˆ‘ 𝑛
4
4 [(𝑛 + 1)!]2
1
3𝑖
5𝑖
βˆ’ ln(π‘₯) + ln(2) + π‘₯ 2 + π‘₯ 4 + π‘₯ 6 + β‹―
4
32
96
cschβˆ’1 (π‘₯) = βˆ’ ln(π‘₯) + ln(2)
∞
1
(βˆ’1)𝑛 (2𝑛 + 1)! π‘₯ 2𝑛+2
+ βˆ‘
4
4𝑛 [(𝑛 + 1)!]2
1
3𝑖
5𝑖
βˆ’ ln(π‘₯) + ln(2) + π‘₯ 2 βˆ’ π‘₯ 4 + π‘₯ 6 βˆ’ β‹―
4
32
96
𝑛=0
𝑛=0
∞
π‘–πœ‹
π‘₯ 2𝑛+1
coth (π‘₯) = βˆ’ + βˆ‘
2
2𝑛 + 1
βˆ’1
=βˆ’
𝑛=0
Bernoulli Numbers
𝐡0 = 1
1
𝐡1 = βˆ’
2
1
𝐡2 =
6
1
𝐡4 = βˆ’
30
1
𝐡6 =
42
1
𝐡8 = βˆ’
30
5
𝐡10 =
66
691
𝐡12 = βˆ’
2,730
7
𝐡14 =
6
3,617
𝐡16 = βˆ’
510
438,675
𝐡18 =
798
174,611
𝐡20 = βˆ’
330
854,513
𝐡22 =
138
π‘–πœ‹
π‘₯ 3 π‘₯ 5 π‘₯ 7 π‘₯ 9 π‘₯ 11 π‘₯ 13
+π‘₯+ + + + +
+
+β‹―
2
3
5
7
9
11
13
Euler Numbers
𝐸0 = 1
𝐸1 = 0
𝐸2 = βˆ’1
𝐸3 = 0
𝐸4 = 5
𝐸5 = 0
𝐸6 = βˆ’61
𝐸8 = 1,385
𝐸10 = βˆ’50,521
𝐸12 = 2,702,765
𝐸14 = βˆ’199,360,981
𝐸16 = 19,391,512,145
𝐸18 = βˆ’2,404,879,675,441
𝐸20 = 370,371,188,237,525
𝐸22 = βˆ’69,348,874,393,137,901
𝐸2𝑛+1 = 0
Gamma Function
1
𝛀0 = 𝛀 ( ) = βˆšπœ‹
2
3
βˆšπœ‹
𝛀1 = 𝛀 ( ) =
2
2
5
3βˆšπœ‹
𝛀2 = 𝛀 ( ) =
2
4
7
15βˆšπœ‹
𝛀3 = 𝛀 ( ) =
2
8
9
105βˆšπœ‹
𝛀4 = 𝛀 ( ) =
,
2
16
11
945βˆšπœ‹
𝛀5 = 𝛀 ( ) =
2
32
13
10,395βˆšπœ‹
𝛀6 = 𝛀 ( ) =
2
64
15
135,135βˆšπœ‹
𝛀7 = 𝛀 ( ) =
2
128
17
2,027,025βˆšπœ‹
𝛀8 = 𝛀 ( ) =
2
256
19
34,459,425βˆšπœ‹
𝛀9 = 𝛀 ( ) =
2
512
21
654,729,075βˆšπœ‹
𝛀10 = 𝛀 ( ) =
2
1,024
Generating Function
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6
∞
𝛀(𝑑) = ∫ π‘₯ π‘‘βˆ’1 𝑒 βˆ’π‘₯ 𝑑π‘₯
∞
𝑑
𝐡𝑛 𝑛
=βˆ‘
𝑑
𝑑
𝑒 βˆ’1
𝑛!
𝑛=0
0
∞
1
2
𝐸𝑛 𝑛
= 𝑑
=βˆ‘
𝑑
βˆ’π‘‘
cosh(𝑑) 𝑒 + 𝑒
𝑛!
𝑛=0
Recursive Definition
π΅π‘š (𝑛)
Iterated Sum
π‘šβˆ’1
𝐸2𝑛
π‘˜=0
π‘˜ (βˆ’1)𝑗 (π‘˜ βˆ’ 2𝑗)2𝑛+1
= 𝑖 βˆ‘ βˆ‘( )
𝑗
2π‘˜ 𝑖 π‘˜ π‘˜
π‘š
π΅π‘˜ (𝑛)
= π‘›π‘š βˆ’ βˆ‘ ( )
π‘˜ π‘šβˆ’π‘˜+1
𝐡0 (𝑛) = 1
2𝑛+1
π‘˜
π‘˜=1 𝑗=0
(2𝑛)!
1
𝛀 ( + 𝑛) = 𝑛 βˆšπœ‹
2
4 𝑛!
(𝑛 βˆ’ 2)β€Ό
𝑛
𝛀( ) =
π‘›βˆ’1 βˆšπœ‹
2
2 2
Recursive Definition
𝛀(𝑛 + 1) = 𝑛 βˆ™ 𝛀(𝑛)
𝑛
π‘›βˆ’2
π‘›βˆ’2
)βˆ™π›€(
)
𝛀( ) = (
2
2
2
1
𝛀 ( ) = βˆšπœ‹
2
References:
https://www.wolframalpha.com
https://en.wikipedia.org
http://ddmf.msr-inria.inria.fr/1.9.1/ddmf
http://web.mit.edu/kenta/www/three/taylor.html
Copyright © 2015-2016 by Harold Toomey, WyzAnt Tutor
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