質問<2010>2004/10/17
from=ともき
「テーラー展開」


log(1+x)=∑{(-1)^(n-1)/n}(x^n)(n=1to∞)
を積分を用いて,できるだけ簡単に証明する方法を教えて下さい。
どこを調べても,抽象的すぎてイマイチ理解できないし,
高校生でも納得して証明できる方法はないのでしょうか?

★希望★完全解答★

お便り2004/10/18
from=honda


等比級数の和の公式より
1/(1+r)=1/(1-(-r))
=\sum_{n=1}^{\infty} (-r)^{n-1}

この両辺を積分すると
左辺は
\int_0^x 1/(1+r)dr=log(1+x)
右辺の総和の各項は
\int_0^{x} (-r)^{n-1} dr = (-1)^{n-1}/n x^{n}

よって,求める展開が得られる.

========
ただし,これは厳密には「証明」ではないです.
積分と級数の交換やら,
そもそも最初の等比級数の和の公式は
-1<r<1なので定義域の問題もあります. 
-1<r<1以外でも成立するなどなどの議論は
厄介なので,大学1年生くらいの微積分の教科書を
参照してください

よって,
log(1+x)
=
\sum_{n=1}^[\infty} ((-1)^{n-1}(n-1)x^{n})/n


お便り2004/10/19
from=juin


(d/dx)(log(1+x))=1/(1+x)
        =1-x+x^2-...
        =Σ(-1)^n(x^n) (|x|<1)
これを積分すると。
log(1+x)=x-x^2/2+x^3/3-...
    =Σ{(-1)^(n)/(n+1)}(x^(n+1))+C
x=0のとき両辺0だから、C=0
log(1+x)=Σ{(-1)^(n)/(n+1)}(x^(n+1))  (n=0..∞)