6 Taylor - Entwicklung

6.3 Form und Eindeutigkeit

Ehe wir uns mit der Existenzfrage beschäftigen, wollen wir uns den Fragen 2) und 3) zuwenden: Um Information über die möglichen Eigenschaften der gesuchten Entwicklung zu erhalten, wollen wir zunächst einmal annehmen, wir hätten schon eine Potenzreihe:

math formula             mit math formula


gefunden, die die betrachtete Funktion math formula in einem Intervall z.B. für math formula um den Nullpunkt herum darstellt. Da alle Funktionen unserer Grundausstattung unendlich oft differenzierbar sind, können wir die Ableitungen der Potenzreihe gliedweise der Reihe nach berechnen:

math formula            mit math formula , also math formula
math formula       mit math formula , also math formula
math formula           mit math formula , also math formula
Allgemein:
math formula             mit math formula , also math formula .


Wir erhalten so die gesuchten Koeffizieneten math formula aus den Ableitungen math formula der darzustellenden Funktion an der Entwicklungsstelle math formula. Falls also eine Potenzreihen-Darstellung unserer Funktion existiert, hat sie folgende Form und wir nennen sie:

TAYLOR-REIHE: math formula



Nach der angegebenen Konstruktion sind die Koeffizienten überdies eindeutig, so dass wir auch die Frage 3) beantwortet haben.

Unsere Überlegungen zeigen uns auch, dass die darzustellende Funktion notwendigerweise beliebig oft differenzierbar sein muß, wenn eine Taylor-Reihe existieren soll.

Dass diese notwendige Voraussetzung nicht hinreichend für die Existenz der Taylor-Reihe ist, sieht man aus folgendem Gegenbeispiel: Die unten abgebildete Funktion, math formula für math formula und math formula , ist zwar überall unendlich oft differenzierbar, alle ihre Ableitungen math formula verschwinden jedoch an der Stelle math formula, so dass keine Taylor-Reihe um math formula gebildet werden kann.

math formula
Bild 6.1: Graph der Funktion math formula für math formula und math formula

Aufgabe 6.1:

Berechnen Sie als Konsistenztest die Taylor-Reihe unseres Vorbilds, der geometrischen Reihe für math formula. Lösung


math formula
Bild 6.2: Aufbau der geometrischen Reihe als Taylor-Entwicklung der rationalen Funktion math formula