Skip to content Study Mondo Free study resources for students from Grade 4 through AP and test prep. 24 courses, 700+ topics.
Courses Features Company Stay Ahead in School Free weekly study tips, practice sets, and exam strategies. Join 10,000+ students.
ยฉ 2026 Study Mondo. Built for students.
APยฎ is a trademark registered by the College Board, which is not affiliated with, and does not endorse, this website.
Common Taylor Series and Applications | Study Mondo
Topics / Power & Taylor Series (BC) / Common Taylor Series and Applications Common Taylor Series and Applications Key series formulas and how to use them
๐ฏ โญ INTERACTIVE LESSON
Try the Interactive Version! Learn step-by-step with practice exercises built right in.
Start Interactive Lesson โ ๐ฏ Common Taylor Series and Applications
Essential Maclaurin Series Reference
1. Exponential Function
e x = โ n = 0 โ x n n ! = 1 + x + x 2 2 ! + x 3 3 ! + x 4 4 ! + โฏ e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \frac{x^4}{4!} + \cdots e x = โ
๐ Practice Problems
1 Problem 1medium โ Question:Find the Maclaurin series for f ( x ) = x 1 โ x 2 f(x) = \frac{x}{1-x^2} f ( x ) = 1 โ x and determine its radius of convergence.
Explain using: ๐ Simple words ๐ Analogy ๐จ Visual desc. ๐ Example ๐ก Explain
๐ AP Calculus BC โ Exam Format Guideโฑ 3 hours 15 minutes ๐ 51 questions ๐ 4 sections
Section Format Questions Time Weight Calculator Multiple Choice (No Calculator) MCQ 30 60 min 33.3% ๐ซ Multiple Choice (Calculator) MCQ 15 45 min 16.7% โ
Free Response (Calculator) FRQ 2 30 min 16.7% โ
Free Response (No Calculator) FRQ 4 60 min 33.3% ๐ซ
๐ก Key Test-Day Tipsโ Know your series testsโ Parametric/polar problems appear every yearโ AB subscore is includedโ ๏ธ Common Mistakes: Common Taylor Series and ApplicationsAvoid these 4 frequent errors
1 Forgetting the constant of integration (+C) on indefinite integrals
โพ 2 Confusing the Power Rule with the Chain Rule
โพ 3 Not checking continuity before applying the Mean Value Theorem
โพ 4 Dropping negative signs when differentiating trig functions
โพ ๐ Real-World Applications: Common Taylor Series and ApplicationsSee how this math is used in the real world
โ๏ธ Optimizing Package Design
Engineering
โพ ๐ฅ Predicting Drug Dosage Decay
Medicine
โพ ๐ฌ Calculating Distance from Velocity
Physics
โพ ๐ฐ Revenue Optimization
Finance
โพ
๐ Worked Example: Related Rates โ Expanding CircleProblem: A stone is dropped into a still pond, creating a circular ripple. The radius of the ripple is increasing at a rate of 2 2 2 cm/s. How fast is the area of the circle increasing when the radius is 10 10 10 cm?
1 Identify the known and unknown rates Click to reveal โ
2 Write the relationship between variables
3 Differentiate both sides with respect to time
๐งช Practice Lab Interactive practice problems for Common Taylor Series and Applications
โพ ๐ Related Topics in Power & Taylor Series (BC)โ Frequently Asked QuestionsWhat is Common Taylor Series and Applications?โพ Key series formulas and how to use them
How can I study Common Taylor Series and Applications effectively?โพ Start by reading the study notes and working through the examples on this page. Then use the flashcards to test your recall. Practice with the 3 problems provided, checking solutions as you go. Regular review and active practice are key to retention.
Is this Common Taylor Series and Applications study guide free?โพ Yes โ all study notes, flashcards, and practice problems for Common Taylor Series and Applications on Study Mondo are 100% free. No account is needed to access the content.
What course covers Common Taylor Series and Applications?โพ Common Taylor Series and Applications is part of the AP Calculus BC course on Study Mondo, specifically in the Power & Taylor Series (BC) section. You can explore the full course for more related topics and practice resources.
Are there practice problems for Common Taylor Series and Applications?
๐ก Study Tipsโ Work through examples step-by-step โ Practice with flashcards daily โ Review common mistakes n = 0 โ โ
n ! x n โ
=
1 +
x +
2 ! x 2 โ +
3 ! x 3 โ +
4 ! x 4 โ +
โฏ
Interval : ( โ โ , โ ) (-\infty, \infty) ( โ โ , โ )
Radius : R = โ R = \infty R = โ
2. Sine Function sin โก x = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n + 1 ( 2 n + 1 ) ! = x โ x 3 3 ! + x 5 5 ! โ x 7 7 ! + โฏ \sin x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!} = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \frac{x^7}{7!} + \cdots sin x = โ n = 0 โ โ ( 2 n + 1 )! ( โ 1 ) n x 2 n + 1 โ = x โ 3 ! x 3 โ + 5 ! x 5 โ โ 7 ! x 7 โ + โฏ
Interval : ( โ โ , โ ) (-\infty, \infty) ( โ โ , โ )
3. Cosine Function cos โก x = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n ( 2 n ) ! = 1 โ x 2 2 ! + x 4 4 ! โ x 6 6 ! + โฏ \cos x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!} = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \frac{x^6}{6!} + \cdots cos x = โ n = 0 โ โ ( 2 n )! ( โ 1 ) n x 2 n โ = 1 โ 2 ! x 2 โ + 4 ! x 4 โ โ 6 ! x 6 โ + โฏ
Interval : ( โ โ , โ ) (-\infty, \infty) ( โ โ , โ )
4. Geometric Series 1 1 โ x = โ n = 0 โ x n = 1 + x + x 2 + x 3 + x 4 + โฏ \frac{1}{1-x} = \sum_{n=0}^{\infty} x^n = 1 + x + x^2 + x^3 + x^4 + \cdots 1 โ x 1 โ = โ n = 0 โ โ x n = 1 + x + x 2 + x 3 + x 4 + โฏ
Interval : ( โ 1 , 1 ) (-1, 1) ( โ 1 , 1 )
Most versatile for substitutions!
5. Natural Logarithm ln โก ( 1 + x ) = โ n = 1 โ ( โ 1 ) n โ 1 x n n = x โ x 2 2 + x 3 3 โ x 4 4 + โฏ \ln(1+x) = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1} x^n}{n} = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \frac{x^4}{4} + \cdots ln ( 1 + x ) = โ n = 1 โ โ n ( โ 1 ) n โ 1 x n โ = x โ 2 x 2 โ + 3 x 3 โ โ 4 x 4 โ + โฏ
Interval : ( โ 1 , 1 ] (-1, 1] ( โ 1 , 1 ] (includes 1!)
6. Binomial Series (General) ( 1 + x ) p = 1 + p x + p ( p โ 1 ) 2 ! x 2 + p ( p โ 1 ) ( p โ 2 ) 3 ! x 3 + โฏ (1+x)^p = 1 + px + \frac{p(p-1)}{2!}x^2 + \frac{p(p-1)(p-2)}{3!}x^3 + \cdots ( 1 + x ) p = 1 + p x + 2 ! p ( p โ 1 ) โ x 2 + 3 ! p ( p โ 1 ) ( p โ 2 ) โ x 3 + โฏ
Interval : ( โ 1 , 1 ) (-1, 1) ( โ 1 , 1 ) when p p p is not a positive integer
When p p p is a positive integer, this is a finite polynomial (binomial theorem).
Application 1: Approximating Functions Example : Approximate sin โก ( 0.1 ) \sin(0.1) sin ( 0.1 ) using the first three terms.
sin โก x โ x โ x 3 6 \sin x \approx x - \frac{x^3}{6} sin x โ x โ 6 x 3 โ
sin โก ( 0.1 ) โ 0.1 โ ( 0.1 ) 3 6 = 0.1 โ 0.001 6 \sin(0.1) \approx 0.1 - \frac{(0.1)^3}{6} = 0.1 - \frac{0.001}{6} sin ( 0.1 ) โ 0.1 โ 6 ( 0.1 ) 3 โ = 0.1 โ 6 0.001 โ
โ 0.1 โ 0.000167 = 0.099833 \approx 0.1 - 0.000167 = 0.099833 โ 0.1 โ 0.000167 = 0.099833
Actual value : sin โก ( 0.1 ) โ 0.0998334... \sin(0.1) \approx 0.0998334... sin ( 0.1 ) โ 0.0998334...
Application 2: Evaluating Limits Example : Find lim โก x โ 0 e x โ 1 โ x x 2 \lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1 - x}{x^2} lim x โ 0 โ x 2 e x โ 1 โ x โ
Substitute series for e x e^x e x :
e x = 1 + x + x 2 2 ! + x 3 3 ! + โฏ e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots e x = 1 + x + 2 ! x 2 โ + 3 ! x 3 โ + โฏ
e x โ 1 โ x = x 2 2 ! + x 3 3 ! + x 4 4 ! + โฏ e^x - 1 - x = \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \frac{x^4}{4!} + \cdots e x โ 1 โ x = 2 ! x 2 โ + 3 ! x 3 โ + 4 ! x 4 โ + โฏ
e x โ 1 โ x x 2 = x 2 2 + x 3 6 + x 4 24 + โฏ x 2 \frac{e^x - 1 - x}{x^2} = \frac{\frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + \frac{x^4}{24} + \cdots}{x^2} x 2 e x โ 1 โ x โ = x 2 2 x 2 โ +
= 1 2 + x 6 + x 2 24 + โฏ = \frac{1}{2} + \frac{x}{6} + \frac{x^2}{24} + \cdots = 2 1 โ + 6 x โ + 24 x 2 โ + โฏ
lim โก x โ 0 e x โ 1 โ x x 2 = 1 2 \lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1 - x}{x^2} = \frac{1}{2} lim x โ 0 โ x 2 e x โ 1 โ x โ = 2 1 โ
Application 3: Finding Derivatives at a Point Example : Find f ( 10 ) ( 0 ) f^{(10)}(0) f ( 10 ) ( 0 ) if f ( x ) = x 2 e 3 x f(x) = x^2 e^{3x} f ( x ) = x 2 e 3 x .
Step 1 : Find Maclaurin series for f ( x ) f(x) f ( x )
e 3 x = โ n = 0 โ ( 3 x ) n n ! = 1 + 3 x + 9 x 2 2 + 27 x 3 6 + โฏ e^{3x} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(3x)^n}{n!} = 1 + 3x + \frac{9x^2}{2} + \frac{27x^3}{6} + \cdots e 3 x = โ n = 0 โ โ n ! ( 3 x ) n โ = 1 + 3 x + 2 9 x 2 โ + 6 27 x 3 โ + โฏ
x 2 e 3 x = x 2 ( 1 + 3 x + 9 x 2 2 + 9 x 3 2 + โฏ โ ) x^2 e^{3x} = x^2\left(1 + 3x + \frac{9x^2}{2} + \frac{9x^3}{2} + \cdots\right) x 2 e 3 x = x 2 ( 1 + 3 x + 2 9 x 2 โ + 2 9 x 3 โ + โฏ )
= x 2 + 3 x 3 + 9 x 4 2 + 9 x 5 2 + โฏ = x^2 + 3x^3 + \frac{9x^4}{2} + \frac{9x^5}{2} + \cdots = x 2 + 3 x 3 + 2 9 x 4 โ + 2 9 x 5 โ + โฏ
Step 2 : General term has form f ( n ) ( 0 ) n ! x n \frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n n ! f ( n ) ( 0 ) โ x n
The coefficient of x 10 x^{10} x 10 is f ( 10 ) ( 0 ) 10 ! \frac{f^{(10)}(0)}{10!} 10 ! f ( 10 ) ( 0 ) โ .
From x 2 e 3 x = x 2 โ n = 0 โ 3 n x n n ! = โ n = 0 โ 3 n x n + 2 n ! x^2 e^{3x} = x^2 \sum_{n=0}^{\infty} \frac{3^n x^n}{n!} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{3^n x^{n+2}}{n!} x 2 e 3 x = x 2 โ n = 0 โ โ n ! 3 n x n โ = โ n = 0 โ โ n ! 3 n x n + 2 โ
For x 10 x^{10} x 10 term: n + 2 = 10 n + 2 = 10 n + 2 = 10 , so n = 8 n = 8 n = 8 .
Coefficient: 3 8 8 ! \frac{3^8}{8!} 8 ! 3 8 โ
f ( 10 ) ( 0 ) 10 ! = 3 8 8 ! \frac{f^{(10)}(0)}{10!} = \frac{3^8}{8!} 10 ! f ( 10 ) ( 0 ) โ = 8 ! 3 8 โ
f ( 10 ) ( 0 ) = 3 8 โ
10 ! 8 ! = 3 8 โ
10 โ
9 = 3 8 โ
90 f^{(10)}(0) = \frac{3^8 \cdot 10!}{8!} = 3^8 \cdot 10 \cdot 9 = 3^8 \cdot 90 f ( 10 ) ( 0 ) = 8 ! 3 8 โ
10 ! โ = 3 8 โ
10 โ
9 = 3 8 โ
90
= 6561 โ
90 = 590 , 490 = 6561 \cdot 90 = 590,490 = 6561 โ
90 = 590 , 490
Application 4: Integrating Non-Elementary Functions Example : Express โซ 0 1 sin โก x x d x \int_0^1 \frac{\sin x}{x} dx โซ 0 1 โ x s i n x โ d x as an infinite series.
Step 1 : Write series for sin โก x \sin x sin x
sin โก x = x โ x 3 3 ! + x 5 5 ! โ x 7 7 ! + โฏ \sin x = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \frac{x^7}{7!} + \cdots sin x = x โ 3 ! x 3 โ + 5 ! x 5 โ โ 7 ! x 7 โ + โฏ
sin โก x x = 1 โ x 2 3 ! + x 4 5 ! โ x 6 7 ! + โฏ \frac{\sin x}{x} = 1 - \frac{x^2}{3!} + \frac{x^4}{5!} - \frac{x^6}{7!} + \cdots x s i n x โ = 1 โ 3 ! x 2 โ + 5 ! x 4 โ โ 7 ! x 6 โ + โฏ
Step 3 : Integrate from 0 to 1
โซ 0 1 sin โก x x d x = โซ 0 1 ( 1 โ x 2 6 + x 4 120 โ x 6 5040 + โฏ โ ) d x \int_0^1 \frac{\sin x}{x} dx = \int_0^1 \left(1 - \frac{x^2}{6} + \frac{x^4}{120} - \frac{x^6}{5040} + \cdots\right) dx โซ 0 1 โ x s i n x โ d x = โซ 0 1 โ ( 1 โ 6 x 2 โ +
= [ x โ x 3 18 + x 5 600 โ x 7 35280 + โฏ โ ] 0 1 = \left[x - \frac{x^3}{18} + \frac{x^5}{600} - \frac{x^7}{35280} + \cdots\right]_0^1 = [ x โ 18 x 3 โ + 600 x 5 โ โ 35280 x 7 โ + โฏ ] 0 1 โ
= 1 โ 1 18 + 1 600 โ 1 35280 + โฏ = 1 - \frac{1}{18} + \frac{1}{600} - \frac{1}{35280} + \cdots = 1 โ 18 1 โ + 600 1 โ โ 35280 1 โ + โฏ
โ 0.9461 \approx 0.9461 โ 0.9461 (using first 4 terms)
Substitution Techniques Example 5: Find series for 1 1 + x 2 \frac{1}{1+x^2} 1 + x 2 1 โ Start with : 1 1 โ u = โ n = 0 โ u n \frac{1}{1-u} = \sum_{n=0}^{\infty} u^n 1 โ u 1 โ = โ n = 0 โ โ u n
Substitute u = โ x 2 u = -x^2 u = โ x 2 :
1 1 + x 2 = 1 1 โ ( โ x 2 ) = โ n = 0 โ ( โ x 2 ) n \frac{1}{1+x^2} = \frac{1}{1-(-x^2)} = \sum_{n=0}^{\infty} (-x^2)^n 1 + x 2 1 โ = 1 โ ( โ x 2 ) 1 โ = โ n = 0 โ โ ( โ x 2 ) n
= โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n x^{2n} = โ n = 0 โ โ ( โ 1 ) n x 2 n
= 1 โ x 2 + x 4 โ x 6 + x 8 โ โฏ = 1 - x^2 + x^4 - x^6 + x^8 - \cdots = 1 โ x 2 + x 4 โ x 6 + x 8 โ โฏ
Interval : โฃ x โฃ < 1 |x| < 1 โฃ x โฃ < 1
Example 6: Find series for arctan โก x \arctan x arctan x From Example 5 : 1 1 + x 2 = 1 โ x 2 + x 4 โ x 6 + โฏ \frac{1}{1+x^2} = 1 - x^2 + x^4 - x^6 + \cdots 1 + x 2 1 โ = 1 โ x 2 + x 4 โ x 6 + โฏ
We know: d d x [ arctan โก x ] = 1 1 + x 2 \frac{d}{dx}[\arctan x] = \frac{1}{1+x^2} d x d โ [ arctan x ] = 1 + x 2 1 โ
arctan โก x = โซ ( 1 โ x 2 + x 4 โ x 6 + โฏ โ ) d x \arctan x = \int \left(1 - x^2 + x^4 - x^6 + \cdots\right) dx arctan x = โซ ( 1 โ x 2 + x 4 โ x 6 + โฏ ) d x
= C + x โ x 3 3 + x 5 5 โ x 7 7 + โฏ = C + x - \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} - \frac{x^7}{7} + \cdots = C + x โ 3 x 3 โ + 5 x 5 โ โ 7 x 7 โ + โฏ
At x = 0 x = 0 x = 0 : arctan โก 0 = 0 \arctan 0 = 0 arctan 0 = 0 , so C = 0 C = 0 C = 0 .
arctan โก x = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n + 1 2 n + 1 \arctan x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{2n+1} arctan x = โ n = 0 โ โ 2 n + 1 ( โ 1 ) n x 2 n + 1 โ
= x โ x 3 3 + x 5 5 โ x 7 7 + โฏ = x - \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} - \frac{x^7}{7} + \cdots = x โ 3 x 3 โ + 5 x 5 โ โ 7 x 7 โ + โฏ
Interval : [ โ 1 , 1 ] [-1, 1] [ โ 1 , 1 ]
Fun Application: Approximating ฯ \pi ฯ From arctan โก x = x โ x 3 3 + x 5 5 โ โฏ \arctan x = x - \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} - \cdots arctan x = x โ 3 x 3 โ + 5 x 5 โ โ โฏ
At x = 1 x = 1 x = 1 : arctan โก 1 = ฯ 4 \arctan 1 = \frac{\pi}{4} arctan 1 = 4 ฯ โ
ฯ 4 = 1 โ 1 3 + 1 5 โ 1 7 + 1 9 โ โฏ \frac{\pi}{4} = 1 - \frac{1}{3} + \frac{1}{5} - \frac{1}{7} + \frac{1}{9} - \cdots 4 ฯ โ = 1 โ 3 1 โ + 5 1 โ โ 7 1 โ + 9 1 โ โ โฏ
ฯ = 4 ( 1 โ 1 3 + 1 5 โ 1 7 + 1 9 โ โฏ โ ) \pi = 4\left(1 - \frac{1}{3} + \frac{1}{5} - \frac{1}{7} + \frac{1}{9} - \cdots\right) ฯ = 4 ( 1 โ 3 1 โ + 5 1 โ โ 7 1 โ + 9 1 โ โ โฏ )
(This converges very slowly, but it's a cool formula!)
Differentiation Example Example 7: Find series for 1 ( 1 โ x ) 2 \frac{1}{(1-x)^2} ( 1 โ x ) 2 1 โ Method 1: Differentiate 1 1 โ x \frac{1}{1-x} 1 โ x 1 โ
d d x [ 1 1 โ x ] = 1 ( 1 โ x ) 2 \frac{d}{dx}\left[\frac{1}{1-x}\right] = \frac{1}{(1-x)^2} d x d โ [ 1 โ x 1 โ ] = ( 1 โ x ) 2 1 โ
d d x [ โ n = 0 โ x n ] = โ n = 1 โ n x n โ 1 \frac{d}{dx}\left[\sum_{n=0}^{\infty} x^n\right] = \sum_{n=1}^{\infty} n x^{n-1} d x d โ [ โ n = 0 โ โ x n ] = โ n = 1 โ โ n x n โ 1
1 ( 1 โ x ) 2 = โ n = 1 โ n x n โ 1 = 1 + 2 x + 3 x 2 + 4 x 3 + โฏ \frac{1}{(1-x)^2} = \sum_{n=1}^{\infty} n x^{n-1} = 1 + 2x + 3x^2 + 4x^3 + \cdots ( 1 โ x ) 2 1 โ = โ n = 1 โ โ n x n โ 1 = 1 + 2 x + 3 x 2 + 4 x 3 + โฏ
Or reindex: โ n = 0 โ ( n + 1 ) x n \sum_{n=0}^{\infty} (n+1)x^n โ n = 0 โ โ ( n + 1 ) x n
Multiplying Series Example 8: Find first 3 terms of e x sin โก x e^x \sin x e x sin x e x = 1 + x + x 2 2 + x 3 6 + โฏ e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + \cdots e x = 1 + x + 2 x 2 โ + 6 x 3 โ + โฏ
sin โก x = x โ x 3 6 + โฏ \sin x = x - \frac{x^3}{6} + \cdots sin x = x โ 6 x 3 โ + โฏ
( 1 + x + x 2 2 + x 3 6 + โฏ โ ) ( x โ x 3 6 + โฏ โ ) (1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + \cdots)(x - \frac{x^3}{6} + \cdots) ( 1 + x + 2 x 2 โ + 6 x 3 โ + โฏ ) ( x โ 6 x 3 โ + โฏ )
Constant term : None (since sin โก x \sin x sin x starts with x x x )
x x x term : 1 โ
x = x 1 \cdot x = x 1 โ
x = x
x 2 x^2 x 2 term : x โ
x = x 2 x \cdot x = x^2 x โ
x = x 2
x 3 x^3 x 3 term : x 2 2 โ
x + 1 โ
( โ x 3 6 ) + x โ
0 = x 3 2 โ x 3 6 = x 3 3 \frac{x^2}{2} \cdot x + 1 \cdot (-\frac{x^3}{6}) + x \cdot 0 = \frac{x^3}{2} - \frac{x^3}{6} = \frac{x^3}{3} 2 x 2 โ โ
x + 1 โ
( โ 6 x 3 โ ) + x โ
0 = 2 x 3 โ โ 6 x 3 โ = 3 x 3 โ
e x sin โก x = x + x 2 + x 3 3 + โฏ e^x \sin x = x + x^2 + \frac{x^3}{3} + \cdots e x sin x = x + x 2 + 3 x 3 โ + โฏ
โ ๏ธ Common Mistakes
Mistake 1: Wrong Interval After Substitution For 1 1 + x 2 \frac{1}{1+x^2} 1 + x 2 1 โ from 1 1 โ u \frac{1}{1-u} 1 โ u 1 โ with u = โ x 2 u = -x^2 u = โ x 2 :
WRONG : Interval is still ( โ 1 , 1 ) (-1, 1) ( โ 1 , 1 )
RIGHT : Need โฃ u โฃ < 1 |u| < 1 โฃ u โฃ < 1 , so โฃ โ x 2 โฃ < 1 |-x^2| < 1 โฃ โ x 2 โฃ < 1 , which means โฃ x โฃ < 1 |x| < 1 โฃ x โฃ < 1 (still ( โ 1 , 1 ) (-1,1) ( โ 1 , 1 ) !)
But if you substitute u = 2 x u = 2x u = 2 x , interval changes!
Mistake 2: Forgetting Integration Constant When integrating series: โซ โ c n x n d x = C + โ c n x n + 1 n + 1 \int \sum c_n x^n dx = C + \sum \frac{c_n x^{n+1}}{n+1} โซ โ c n โ x n d x = C + โ n + 1 c n โ x n + 1 โ
Must find C C C using initial condition!
Mistake 3: Using Series Outside Interval of Convergence ln โก ( 1 + x ) = x โ x 2 2 + โฏ \ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \cdots ln ( 1 + x ) = x โ 2 x 2 โ + โฏ only for โ 1 < x โค 1 -1 < x \leq 1 โ 1 < x โค 1
WRONG : ln โก 3 = 2 โ 4 2 + 8 3 โ โฏ \ln 3 = 2 - \frac{4}{2} + \frac{8}{3} - \cdots ln 3 = 2 โ 2 4 โ + 3 8 โ โ โฏ (using x = 2 x = 2 x = 2 )
x = 2 x = 2 x = 2 is outside the interval!
Mistake 4: Wrong Power After Substitution For e x 2 e^{x^2} e x 2 from e x = โ x n n ! e^x = \sum \frac{x^n}{n!} e x = โ n ! x n โ :
WRONG : e x 2 = โ x 2 n n ! e^{x^2} = \sum \frac{x^{2n}}{n!} e x 2 = โ n ! x 2 n โ
RIGHT : e x 2 = โ ( x 2 ) n n ! = โ x 2 n n ! e^{x^2} = \sum \frac{(x^2)^n}{n!} = \sum \frac{x^{2n}}{n!} e x 2 = โ n ! ( x 2 ) n โ = โ n ! x 2 n โ โ
(In this case same answer, but be careful with the logic!)
๐ Practice Strategy
Memorize the Big 5 : e x , sin โก x , cos โก x , 1 1 โ x , ln โก ( 1 + x ) e^x, \sin x, \cos x, \frac{1}{1-x}, \ln(1+x) e x , sin x , cos x , 1 โ x 1 โ , ln ( 1 + x )
Know intervals : Most are ( โ โ , โ ) (-\infty, \infty) ( โ โ , โ ) except geometric and log
Substitution : Replace x x x with anything, adjust interval
Term by term operations : Valid within radius of convergence
For limits : Expand both numerator and denominator
For integrals : Integrate series term by term
For derivatives at 0 : Find coefficient of x n x^n x n in series
Check first 3-4 terms : Usually sufficient for problems
2
x
โ
๐ก Show Solution Step 1: Use geometric series
1 1 โ x 2 = โ n = 0 โ ( x 2 ) n = โ n = 0 โ x 2 n \frac{1}{1-x^2} = \sum_{n=0}^{\infty} (x^2)^n = \sum_{n=0}^{\infty} x^{2n} 1 โ x 2 1 โ = โ n = 0 โ โ ( x 2 ) n = โ n = 0 โ โ x 2 n
= 1 + x 2 + x 4 + x 6 + x 8 + โฏ = 1 + x^2 + x^4 + x^6 + x^8 + \cdots = 1 + x 2 + x 4 + x
for โฃ x 2 โฃ < 1 |x^2| < 1 โฃ x 2 โฃ < 1 , i.e., โฃ x โฃ < 1 |x| < 1 โฃ x โฃ < 1 .
Step 2: Multiply by x x x
x 1 โ x 2 = x โ
โ n = 0 โ x 2 n = โ n = 0 โ x 2 n + 1 \frac{x}{1-x^2} = x \cdot \sum_{n=0}^{\infty} x^{2n} = \sum_{n=0}^{\infty} x^{2n+1} 1 โ x 2 x โ =
= x + x 3 + x 5 + x 7 + x 9 + โฏ = x + x^3 + x^5 + x^7 + x^9 + \cdots = x + x 3 + x 5 + x
Step 3: Radius of convergence
From geometric series with u = x 2 u = x^2 u = x 2 :
Need โฃ u โฃ < 1 |u| < 1 โฃ u โฃ < 1 , so โฃ x 2 โฃ < 1 |x^2| < 1 โฃ x 2 โฃ < 1 , which gives โฃ x โฃ < 1 |x| < 1 โฃ x โฃ < .
Radius : R = 1 R = 1 R = 1
Answer : x 1 โ x 2 = โ n = 0 โ x 2 n + 1 \frac{x}{1-x^2} = \sum_{n=0}^{\infty} x^{2n+1} 1 โ x 2 x โ = โ for , with
2 Problem 2hard โ Question:Evaluate lim โก x โ 0 sin โก x โ x + x 3 6 x 5 \lim_{x \to 0} \frac{\sin x - x + \frac{x^3}{6}}{x^5} lim x โ 0 โ x 5 s i n x โ x + 6 x 3 โ โ using Maclaurin series.
๐ก Show Solution Step 1: Write series for sin โก x \sin x sin x
sin โก x = x โ x 3 3 ! + x 5 5 ! โ x 7 7 ! + โฏ \sin x = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \frac{x^7}{7!} + \cdots sin x = x โ
3 Problem 3expert โ Question:Use series to approximate โซ 0 0.5 e โ x 2 d x \int_0^{0.5} e^{-x^2} dx โซ 0 0.5 โ e โ x 2 d x to three decimal places.
๐ก Show Solution Step 1: Find series for e โ x 2 e^{-x^2} e โ x 2
e x = โ n = 0 โ x n n ! e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} e
โพ
Yes, this page includes 3 practice problems with detailed solutions. Each problem includes a step-by-step explanation to help you understand the approach.
6
x 3
โ
+
24 x 4 โ
+
โฏ
โ
120 x 4
โ
โ
5040 x 6 โ
+
โฏ
)
d
x
6
+
x 8 +
โฏ
x
โ
โ n = 0 โ โ x 2 n =
โ n = 0 โ โ x 2 n + 1
7
+
x 9 +
โฏ
1
n = 0 โ
โ
x 2 n + 1
โฃ x โฃ < 1 |x| < 1 โฃ x โฃ < 1 3 ! x 3 โ
+
5 ! x 5 โ โ
7 ! x 7 โ +
โฏ
= x โ x 3 6 + x 5 120 โ x 7 5040 + โฏ = x - \frac{x^3}{6} + \frac{x^5}{120} - \frac{x^7}{5040} + \cdots = x โ 6 x 3 โ + 120 x 5 โ โ 5040 x 7 โ + โฏ
Step 2: Simplify numerator
sin โก x โ x + x 3 6 = ( x โ x 3 6 + x 5 120 โ โฏ โ ) โ x + x 3 6 \sin x - x + \frac{x^3}{6} = \left(x - \frac{x^3}{6} + \frac{x^5}{120} - \cdots\right) - x + \frac{x^3}{6} sin x โ x + 6 x 3 โ = ( x โ 6 x 3 โ + 120 x x + 6 x 3 โ
= x 5 120 โ x 7 5040 + โฏ = \frac{x^5}{120} - \frac{x^7}{5040} + \cdots = 120 x 5 โ โ 5040 x 7 โ + โฏ
Step 3: Divide by x 5 x^5 x 5
sin โก x โ x + x 3 6 x 5 = x 5 120 โ x 7 5040 + โฏ x 5 \frac{\sin x - x + \frac{x^3}{6}}{x^5} = \frac{\frac{x^5}{120} - \frac{x^7}{5040} + \cdots}{x^5} x 5 s i n x โ x + 6 x 3 โ โ = x 5 120 x 5 โ โ
= 1 120 โ x 2 5040 + โฏ = \frac{1}{120} - \frac{x^2}{5040} + \cdots = 120 1 โ โ 5040 x 2 โ + โฏ
lim โก x โ 0 ( 1 120 โ x 2 5040 + โฏ โ ) = 1 120 \lim_{x \to 0} \left(\frac{1}{120} - \frac{x^2}{5040} + \cdots\right) = \frac{1}{120} lim x โ 0 โ ( 120 1 โ โ 5040 x 2 โ + โฏ ) = 120 1 โ
Answer : 1 120 \frac{1}{120} 120 1 โ
x
=
โ n = 0 โ โ n ! x n โ
Substitute x โ โ x 2 x \to -x^2 x โ โ x 2 :
e โ x 2 = โ n = 0 โ ( โ x 2 ) n n ! = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n n ! e^{-x^2} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-x^2)^n}{n!} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n}}{n!} e โ x 2 = โ n = 0 โ โ n ! ( โ x 2 ) n โ = โ n = 0 โ โ n ! ( โ 1 ) n x 2
= 1 โ x 2 + x 4 2 ! โ x 6 3 ! + x 8 4 ! โ โฏ = 1 - x^2 + \frac{x^4}{2!} - \frac{x^6}{3!} + \frac{x^8}{4!} - \cdots = 1 โ x 2 + 2 ! x 4 โ โ 3 ! x 6 โ + 4 ! x 8 โ โ โฏ
Step 2: Integrate term by term
โซ 0 0.5 e โ x 2 d x = โซ 0 0.5 ( 1 โ x 2 + x 4 2 โ x 6 6 + x 8 24 โ โฏ โ ) d x \int_0^{0.5} e^{-x^2} dx = \int_0^{0.5} \left(1 - x^2 + \frac{x^4}{2} - \frac{x^6}{6} + \frac{x^8}{24} - \cdots\right) dx โซ 0 0.5 โ e โ x 2 d x = โซ 0 0.5 โ ( 1 โ x 2 + 2 x
= [ x โ x 3 3 + x 5 10 โ x 7 42 + x 9 216 โ โฏ โ ] 0 0.5 = \left[x - \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{10} - \frac{x^7}{42} + \frac{x^9}{216} - \cdots\right]_0^{0.5} = [ x โ 3 x 3 โ + 10 x 5 โ โ 42 x 7 โ + 216 x 9 โ โ โฏ ] 0 0.5 โ
Step 3: Evaluate at x = 0.5 x = 0.5 x = 0.5
= 0.5 โ ( 0.5 ) 3 3 + ( 0.5 ) 5 10 โ ( 0.5 ) 7 42 + ( 0.5 ) 9 216 โ โฏ = 0.5 - \frac{(0.5)^3}{3} + \frac{(0.5)^5}{10} - \frac{(0.5)^7}{42} + \frac{(0.5)^9}{216} - \cdots = 0.5 โ 3 ( 0.5 ) 3 โ + 10 ( 0.5 ) 5 โ โ 42 ( 0.5 ) 7 โ + 216 ( 0.5 ) 9 โ โ โฏ
= 0.5 โ 0.125 3 + 0.03125 10 โ 0.0078125 42 + 0.001953125 216 โ โฏ = 0.5 - \frac{0.125}{3} + \frac{0.03125}{10} - \frac{0.0078125}{42} + \frac{0.001953125}{216} - \cdots = 0.5 โ 3 0.125 โ + 10 0.03125 โ โ 42 0.0078125 โ + 216 0.001953125 โ โ โฏ
= 0.5 โ 0.041667 + 0.003125 โ 0.000186 + 0.000009 โ โฏ = 0.5 - 0.041667 + 0.003125 - 0.000186 + 0.000009 - \cdots = 0.5 โ 0.041667 + 0.003125 โ 0.000186 + 0.000009 โ โฏ
โ 0.5 โ 0.041667 + 0.003125 โ 0.000186 \approx 0.5 - 0.041667 + 0.003125 - 0.000186 โ 0.5 โ 0.041667 + 0.003125 โ 0.000186
โ 0.461272 \approx 0.461272 โ 0.461272
To three decimal places: 0.461
Answer : โซ 0 0.5 e โ x 2 d x โ 0.461 \int_0^{0.5} e^{-x^2} dx \approx 0.461 โซ 0 0.5 โ e โ x 2 d x โ 0.461
5
โ
โ
โฏ
)
โ
5040
x 7
โ
+
โฏ
โ
n
โ
4
โ
โ
6 x 6 โ
+
24 x 8 โ
โ
โฏ
)
d
x