De Taylor-reeks van
f (x) = ln x

Trefwoorden/keywords: Taylor-reeks/Taylor series, f (x) = ln x
Vergelijking
Grafiek
De grafiek van f (x) = ln x
De standaardaanpak om een reeks te maken is om eerst een stel afgeleiden te bepalen. Dus dat ga ik doen, ik ga eerst tien afgeleiden bepalen:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vervolgens ga ik bij de functie en zijn afgeleiden de y-waarde bepalen voor x = 0:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Het moge duidelijk zijn dat dit traject hopeloos de mist in gaat.

Een andere manier dan, ik stel:
Vergelijking
Vergelijking
Zodat de functie deze vorm krijgt:
Vergelijking
De reeks van ln (1 + x) kun je elders vinden in de tabel met Taylor-reeksen:
Vergelijking
Nu moet u uiteraard weer vervangen worden door x:
Vergelijking
Het is belangrijk om te kijken naar de convergentie van deze reeks, want indien de reeks divergeert dan hebben we er niets aan. De belangrijkste voorwaarde voor convergentie is indien de termen uitdoven als het ware, dus als een term voor grote waarden van n kleiner is dan de voorgaande term (in absolute waarden gesproken uiteraard):
Vergelijking
Voor deze reeks ziet dat er als volgt uit:
Vergelijking
Dit moet kleiner dan één zijn, oftewel | x | < 0. Met andere woorden: deze reeks convergeert nooit (en is dus waardeloos).

Ik had ook kunnen kiezen voor de volgende substitutie:
Vergelijking
Vergelijking
Zodat de functie deze vorm krijgt:
Vergelijking
De reeks van ln (1 − x) kun je ook elders vinden in de tabel met Taylor-reeksen:
Vergelijking
Nu moet u uiteraard weer vervangen worden door x:
Vergelijking
Dit leidt tot hetzelfde resultaat als daarvoor, en dus met hetzelfde convergentieprobleem.

Ik kan ook de reeks van ln (a + x) opzoeken in de tabel met Taylor-reeksen:
Vergelijking
Door vervolgens a = 0 te stellen lijk ik ook mijn doel te bereiken, maar zoals je ziet is dat geen optie bij deze reeks want dan krijg ik weer delen-door-nul-problemen (net als bij de aanpak waar ik deze pagina mee begon).

De truc is om twee reeksen te combineren:
Vergelijking
Vergelijking
Vervolgens ga ik deze twee reeksen van elkaar aftrekken:
Vergelijking
Het goede nieuws is dat alle even termen tegen elkaar wegvallen:
Vergelijking
Vervolgens stel ik:
Vergelijking
Waaruit volgt:
Vergelijking
Zodat de reeks tenslotte wordt:
Vergelijking
Hoe is het nu met de convergentie:
Vergelijking
Dit moet kleiner dan één zijn, oftewel | x − 1 | < | x + 1 |. En aangezien de functie alleen bestaat voor x > 0 is de convergentie dus gegarandeerd.
Grafiek
De grafiek van f (x) met daaroverheen de Taylor-reeks met 2 termen (de oranje lijn),
5 termen (de groene lijn), 10 termen (de paarse lijn), 20 termen (de blauwe lijn),
50 termen (de grijze lijn) en 100 termen (de bruine lijn)
Ik ga even uitzoomen naar grotere waarden van x voor meer duidelijkheid.
Grafiek
De grafiek van f (x) met daaroverheen de Taylor-reeks met 2 termen (de oranje lijn),
5 termen (de groene lijn), 10 termen (de paarse lijn), 20 termen (de blauwe lijn),
50 termen (de grijze lijn) en 100 termen (de bruine lijn)