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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9231 2023 November Paper 22 Q1

A Level / CIE / FP2

CIE 9231 2023 Nov Paper 22 Paper · Question 1

题目

Problem

Find the Maclaurin’s series for ln⁡(x+2)+ln⁡(x2+5)\ln(x+2)+\ln(x^2+5) up to and including the term in x2x^2.

[5]
题目中文翻译

求 ln⁡(x+2)+ln⁡(x2+5)\ln(x+2)+\ln(x^2+5) 的麦克劳林级数,展开至包含 x2x^2 项为止。

(5)
原卷通用作答要求

Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.

You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.

Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.

请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。

解答

解法一

思路

展开

分别提出两个对数里的常数因子,再使用 ln⁡(1+u)\ln(1+u) 的展开。第二项的 uu 已经是二次项。

答题过程

展开

Using ln⁡(1+u)=u−12u2+O(u3)\ln(1+u)=u-\frac12u^2+O(u^3) near u=0u=0, we obtain

ln⁡(x+2)= ln⁡2+ln⁡(1+x/2)= ln⁡2+x2−x28+O(x3),ln⁡(x2+5)= ln⁡5+ln⁡(1+x2/5)= ln⁡5+x25+O(x4).\begin{align*} \ln(x+2)=&\,\ln2+\ln(1+x/2)\\ =&\,\ln2+\frac x2-\frac{x^2}{8}+O(x^3),\\ \ln(x^2+5)=&\,\ln5+\ln(1+x^2/5)\\ =&\,\ln5+\frac{x^2}{5}+O(x^4). \end{align*}

Adding gives ln⁡10+x2+3x240+O(x3)\boxed{\ln10+\frac x2+\frac{3x^2}{40}+O(x^3)}.

解法二

思路

展开

也可求原函数在零点的前两阶导数,再直接代入 Maclaurin 公式。

答题过程

展开

For f(x)=ln⁡(x+2)+ln⁡(x2+5)f(x)=\ln(x+2)+\ln(x^2+5),

f′(x)= 1x+2+2xx2+5,f′′(x)= −1(x+2)2+2(5−x2)(x2+5)2.\begin{align*} f'(x)=&\,\frac1{x+2}+\frac{2x}{x^2+5},\\ f''(x)=&\,-\frac1{(x+2)^2}+\frac{2(5-x^2)}{(x^2+5)^2}. \end{align*}

Thus f(0)=ln⁡10f(0)=\ln10, f′(0)=12f'(0)=\frac12 and f′′(0)=−14+25=320f''(0)=-\frac14+\frac25=\frac3{20}. Using f(x)=f(0)+xf′(0)+x22f′′(0)+O(x3)f(x)=f(0)+xf'(0)+\frac{x^2}{2}f''(0)+O(x^3), the expansion is ln⁡10+x2+3x240+O(x3)\ln10+\frac x2+\frac{3x^2}{40}+O(x^3).