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:
gefunden, die die betrachtete Funktion in einem Intervall z.B. für
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:
Wir erhalten so die gesuchten Koeffizieneten aus den Ableitungen
der darzustellenden Funktion an der Entwicklungsstelle
. Falls also eine Potenzreihen-Darstellung unserer Funktion existiert, hat sie folgende Form und wir nennen sie:
TAYLOR-REIHE: |
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, für
und
, ist zwar überall unendlich oft differenzierbar, alle ihre Ableitungen
verschwinden jedoch an der Stelle
, so dass keine Taylor-Reihe um
gebildet werden kann.
Bild 6.1: Graph der Funktion für
und
Aufgabe 6.1: Berechnen Sie als Konsistenztest die Taylor-Reihe unseres Vorbilds, der geometrischen Reihe für |
Bild 6.2: Aufbau der geometrischen Reihe als Taylor-Entwicklung der rationalen Funktion