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.
Taylor and Maclaurin Series | Study Mondo
Topics / Power & Taylor Series (BC) / Taylor and Maclaurin Series Taylor and Maclaurin Series Representing functions as infinite series
๐ฏ โญ INTERACTIVE LESSON
Try the Interactive Version! Learn step-by-step with practice exercises built right in.
Start Interactive Lesson โ ๐ฏ Taylor and Maclaurin Series
Taylor Polynomials Review
For a function f f f with derivatives at x = a x = a x = a :
Taylor polynomial of degree n n n :
P n ( x ) = f ( a ) + f โฒ
๐ Practice Problems
1 Problem 1medium โ Question:Find the Maclaurin series for f ( x ) = 1 1 โ x f(x) = \frac{1}{1-x} f ( x ) = 1 โ x and state the interval 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: Taylor and Maclaurin SeriesAvoid 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: Taylor and Maclaurin SeriesSee 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 Taylor and Maclaurin Series
โพ ๐ Related Topics in Power & Taylor Series (BC)โ Frequently Asked QuestionsWhat is Taylor and Maclaurin Series?โพ Representing functions as infinite series
How can I study Taylor and Maclaurin Series 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 Taylor and Maclaurin Series study guide free?โพ Yes โ all study notes, flashcards, and practice problems for Taylor and Maclaurin Series on Study Mondo are 100% free. No account is needed to access the content.
What course covers Taylor and Maclaurin Series?โพ Taylor and Maclaurin Series 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 Taylor and Maclaurin Series?
๐ก Study Tipsโ Work through examples step-by-step โ Practice with flashcards daily โ Review common mistakes ( a ) ( x โ a ) + f โฒ โฒ ( a ) 2 ! ( x โ a ) 2 + โฏ + f ( n ) ( a ) n ! ( x โ a ) n P_n(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + \frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2 + \cdots + \frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^n P n โ ( x ) = f ( a ) + f โฒ ( a ) ( x โ a ) + 2 ! f โฒโฒ ( a ) โ ( x โ a ) 2 + โฏ + n ! f ( n ) ( a ) โ ( x โ a ) n
= โ k = 0 n f ( k ) ( a ) k ! ( x โ a ) k = \sum_{k=0}^{n} \frac{f^{(k)}(a)}{k!}(x-a)^k = โ k = 0 n โ k ! f ( k ) ( a ) โ ( x โ a ) k
This is a finite polynomial that approximates f f f near x = a x = a x = a .
Taylor Series (Infinite!) If we let n โ โ n \to \infty n โ โ , we get the Taylor series :
f ( x ) = โ n = 0 โ f ( n ) ( a ) n ! ( x โ a ) n f(x) = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^n f ( x ) = โ n = 0 โ โ n ! f ( n ) ( a ) โ ( x โ a ) n
= f ( a ) + f โฒ ( a ) ( x โ a ) + f โฒ โฒ ( a ) 2 ! ( x โ a ) 2 + f โฒ โฒ โฒ ( a ) 3 ! ( x โ a ) 3 + โฏ = f(a) + f'(a)(x-a) + \frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2 + \frac{f'''(a)}{3!}(x-a)^3 + \cdots = f ( a ) + f โฒ ( a ) ( x โ a ) + 2 ! f โฒโฒ ( a ) โ ( x โ a ) 2 + 3 ! f โฒโฒโฒ ( a ) โ ( x โ a ) 3 + โฏ
๐ก Key Idea : Taylor series is the "best" power series representation of f f f centered at a a a !
Maclaurin Series (Special Case) When a = 0 a = 0 a = 0 , we get a Maclaurin series :
f ( x ) = โ n = 0 โ f ( n ) ( 0 ) n ! x n f(x) = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n f ( x ) = โ n = 0 โ โ n ! f ( n ) ( 0 ) โ x n
= f ( 0 ) + f โฒ ( 0 ) x + f โฒ โฒ ( 0 ) 2 ! x 2 + f โฒ โฒ โฒ ( 0 ) 3 ! x 3 + โฏ = f(0) + f'(0)x + \frac{f''(0)}{2!}x^2 + \frac{f'''(0)}{3!}x^3 + \cdots = f ( 0 ) + f โฒ ( 0 ) x + 2 ! f โฒโฒ ( 0 ) โ x 2 + 3 ! f โฒโฒโฒ ( 0 ) โ x 3 + โฏ
Most common Taylor series are Maclaurin series!
Finding Taylor Series - The Recipe Step 1 : Find derivatives f โฒ ( x ) , f โฒ โฒ ( x ) , f โฒ โฒ โฒ ( x ) , โฆ f'(x), f''(x), f'''(x), \ldots f โฒ ( x ) , f โฒโฒ ( x ) , f โฒโฒโฒ ( x ) , โฆ
Step 2 : Evaluate at center: f ( a ) , f โฒ ( a ) , f โฒ โฒ ( a ) , โฆ f(a), f'(a), f''(a), \ldots f ( a ) , f โฒ ( a ) , f โฒโฒ ( a ) , โฆ
Step 3 : Look for pattern in derivatives
Step 4 : Write general term f ( n ) ( a ) n ! ( x โ a ) n \frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^n n ! f ( n ) ( a ) โ ( x โ a ) n
Step 5 : Sum from n = 0 n = 0 n = 0 to โ \infty โ
Example 1: Maclaurin Series for e x e^x e x f ( x ) = e x , f โฒ ( x ) = e x , f โฒ โฒ ( x ) = e x , โฆ f(x) = e^x, \quad f'(x) = e^x, \quad f''(x) = e^x, \quad \ldots f ( x ) = e x , f โฒ ( x ) = e x , f โฒโฒ ( x ) = e x , โฆ
All derivatives are e x e^x e x !
Step 2: Evaluate at a = 0 a = 0 a = 0
f ( 0 ) = e 0 = 1 f(0) = e^0 = 1 f ( 0 ) = e 0 = 1
f โฒ ( 0 ) = 1 f'(0) = 1 f โฒ ( 0 ) = 1
f โฒ โฒ ( 0 ) = 1 f''(0) = 1 f โฒโฒ ( 0 ) = 1
f ( n ) ( 0 ) = 1 f^{(n)}(0) = 1 f ( n ) ( 0 ) = 1 for all n n n
Step 3: Write Taylor series
e x = โ n = 0 โ 1 n ! x n = 1 + x + x 2 2 ! + x 3 3 ! + x 4 4 ! + โฏ e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{1}{n!}x^n = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \frac{x^4}{4!} + \cdots e x = โ n = 0 โ โ n ! 1 โ x n = 1 + x + 2 ! x 2 โ + 3 ! x 3 โ + 4 ! x 4 โ + โฏ
Converges for all x x x ! (radius R = โ R = \infty R = โ )
Example 2: Maclaurin Series for sin โก x \sin x sin x f ( x ) = sin โก x f(x) = \sin x f ( x ) = sin x
f โฒ ( x ) = cos โก x f'(x) = \cos x f โฒ ( x ) = cos x
f โฒ โฒ ( x ) = โ sin โก x f''(x) = -\sin x f โฒโฒ ( x ) = โ sin x
f โฒ โฒ โฒ ( x ) = โ cos โก x f'''(x) = -\cos x f โฒโฒโฒ ( x ) = โ cos x
f ( 4 ) ( x ) = sin โก x f^{(4)}(x) = \sin x f ( 4 ) ( x ) = sin x (pattern repeats!)
Step 2: Evaluate at x = 0 x = 0 x = 0
f ( 0 ) = sin โก 0 = 0 f(0) = \sin 0 = 0 f ( 0 ) = sin 0 = 0
f โฒ ( 0 ) = cos โก 0 = 1 f'(0) = \cos 0 = 1 f โฒ ( 0 ) = cos 0 = 1
f โฒ โฒ ( 0 ) = โ sin โก 0 = 0 f''(0) = -\sin 0 = 0 f โฒโฒ ( 0 ) = โ sin 0 = 0
f โฒ โฒ โฒ ( 0 ) = โ cos โก 0 = โ 1 f'''(0) = -\cos 0 = -1 f โฒโฒโฒ ( 0 ) = โ cos 0 = โ 1
f ( 4 ) ( 0 ) = sin โก 0 = 0 f^{(4)}(0) = \sin 0 = 0 f ( 4 ) ( 0 ) = sin 0 = 0
f ( 5 ) ( 0 ) = cos โก 0 = 1 f^{(5)}(0) = \cos 0 = 1 f ( 5 ) ( 0 ) = cos 0 = 1
Pattern: 0 , 1 , 0 , โ 1 , 0 , 1 , 0 , โ 1 , โฆ 0, 1, 0, -1, 0, 1, 0, -1, \ldots 0 , 1 , 0 , โ 1 , 0 , 1 , 0 , โ 1 , โฆ
Step 3: Only odd powers survive!
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
= โ n = 0 โ ( โ 1 ) n ( 2 n + 1 ) ! x 2 n + 1 = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(2n+1)!}x^{2n+1} = โ n = 0 โ โ ( 2 n + 1 )! ( โ 1 ) n โ x 2 n + 1
Example 3: Maclaurin Series for cos โก x \cos x cos x Pattern in derivatives at x = 0 x = 0 x = 0 :
f ( 0 ) = 1 , f โฒ ( 0 ) = 0 , f โฒ โฒ ( 0 ) = โ 1 , f โฒ โฒ โฒ ( 0 ) = 0 , f ( 4 ) ( 0 ) = 1 f(0) = 1, \quad f'(0) = 0, \quad f''(0) = -1, \quad f'''(0) = 0, \quad f^{(4)}(0) = 1 f ( 0 ) = 1 , f โฒ ( 0 ) = 0 , f โฒโฒ ( 0 ) = โ 1 , f โฒโฒโฒ ( 0 ) = 0 , f ( 4 ) ( 0 ) = 1
Pattern: 1 , 0 , โ 1 , 0 , 1 , 0 , โ 1 , 0 , โฆ 1, 0, -1, 0, 1, 0, -1, 0, \ldots 1 , 0 , โ 1 , 0 , 1 , 0 , โ 1 , 0 , โฆ
cos โก x = 1 โ x 2 2 ! + x 4 4 ! โ x 6 6 ! + โฏ \cos x = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \frac{x^6}{6!} + \cdots cos x = 1 โ 2 ! x 2 โ + 4 ! x 4 โ โ 6 ! x 6 โ + โฏ
= โ n = 0 โ ( โ 1 ) n ( 2 n ) ! x 2 n = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(2n)!}x^{2n} = โ n = 0 โ โ ( 2 n )! ( โ 1 ) n โ x 2 n
Example 4: Taylor Series for ln โก x \ln x ln x centered at a = 1 a = 1 a = 1 f ( x ) = ln โก x f(x) = \ln x f ( x ) = ln x
f โฒ ( x ) = 1 x = x โ 1 f'(x) = \frac{1}{x} = x^{-1} f โฒ ( x ) = x 1 โ = x โ 1
f โฒ โฒ ( x ) = โ x โ 2 f''(x) = -x^{-2} f โฒโฒ ( x ) = โ x โ 2
f โฒ โฒ โฒ ( x ) = 2 x โ 3 f'''(x) = 2x^{-3} f โฒโฒโฒ ( x ) = 2 x โ 3
f ( 4 ) ( x ) = โ 6 x โ 4 = โ 3 ! x โ 4 f^{(4)}(x) = -6x^{-4} = -3!x^{-4} f ( 4 ) ( x ) = โ 6 x โ 4 = โ 3 ! x
f ( n ) ( x ) = ( โ 1 ) n โ 1 ( n โ 1 ) ! x n f^{(n)}(x) = \frac{(-1)^{n-1}(n-1)!}{x^n} f ( n ) ( x ) = x n for n โฅ 1 n \geq 1 n โฅ 1
Step 2: Evaluate at x = 1 x = 1 x = 1
f ( 1 ) = ln โก 1 = 0 f(1) = \ln 1 = 0 f ( 1 ) = ln 1 = 0
f โฒ ( 1 ) = 1 f'(1) = 1 f โฒ ( 1 ) = 1
f โฒ โฒ ( 1 ) = โ 1 f''(1) = -1 f โฒโฒ ( 1 ) = โ 1
f โฒ โฒ โฒ ( 1 ) = 2 f'''(1) = 2 f โฒโฒโฒ ( 1 ) = 2
f ( n ) ( 1 ) = ( โ 1 ) n โ 1 ( n โ 1 ) ! f^{(n)}(1) = (-1)^{n-1}(n-1)! f ( n ) ( 1 ) = ( โ 1 ) n โ 1 ( n โ 1 )! for n โฅ 1 n \geq 1 n โฅ 1
Step 3: Write Taylor series
ln โก x = โ n = 1 โ ( โ 1 ) n โ 1 ( n โ 1 ) ! n ! ( x โ 1 ) n \ln x = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1}(n-1)!}{n!}(x-1)^n ln x = โ n = 1 โ โ n ! ( โ 1 ) n โ 1 ( n โ 1 )! โ ( x โ 1 ) n
= โ n = 1 โ ( โ 1 ) n โ 1 n ( x โ 1 ) n = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1}}{n}(x-1)^n = โ n = 1 โ โ n ( โ 1 ) n โ 1 โ ( x โ 1 ) n
= ( x โ 1 ) โ ( x โ 1 ) 2 2 + ( x โ 1 ) 3 3 โ ( x โ 1 ) 4 4 + โฏ = (x-1) - \frac{(x-1)^2}{2} + \frac{(x-1)^3}{3} - \frac{(x-1)^4}{4} + \cdots = ( x โ 1 ) โ 2 ( x โ 1 ) 2 โ + 3 ( x โ 1 ) 3 โ โ 4 ( x โ 1 ) 4 โ + โฏ
Converges for 0 < x โค 2 0 < x \leq 2 0 < x โค 2 (interval: ( 0 , 2 ] (0, 2] ( 0 , 2 ] )
Relationship Between sin โก x \sin x sin x and cos โก x \cos x cos x Notice:
d d x [ sin โก x ] = cos โก x \frac{d}{dx}[\sin x] = \cos x d x d โ [ sin x ] = cos x
Differentiate the series for sin โก x \sin x sin x :
d d x [ x โ x 3 3 ! + x 5 5 ! โ โฏ โ ] \frac{d}{dx}\left[x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \cdots\right] d x d โ [ x โ 3 ! x 3 โ + 5 ! x 5 โ โ โฏ ]
= 1 โ 3 x 2 3 ! + 5 x 4 5 ! โ โฏ = 1 - \frac{3x^2}{3!} + \frac{5x^4}{5!} - \cdots = 1 โ 3 ! 3 x 2 โ + 5 ! 5 x 4 โ โ โฏ
= 1 โ x 2 2 ! + x 4 4 ! โ โฏ = cos โก x = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \cdots = \cos x = 1 โ 2 ! x 2 โ + 4 ! x 4 โ โ โฏ = cos x โ
Series confirm calculus relationships!
Using Known Series (Smart Way!) Instead of computing all derivatives, use:
Substitution
Differentiation/Integration
Algebraic manipulation
Example 5: Find Series for e โ x 2 e^{-x^2} e โ x 2 Start with : e x = โ n = 0 โ x n n ! e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} e 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
Much easier than computing derivatives!
Example 6: Find Series for x sin โก x x \sin x x sin x Start with : sin โก x = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n + 1 ( 2 n + 1 ) ! \sin x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!} sin x = โ n = 0 โ โ ( 2 n + 1 )! ( โ 1 ) n x 2 n + 1 โ
x sin โก x = x โ
โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n + 1 ( 2 n + 1 ) ! x \sin x = x \cdot \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!} x sin x = x โ
โ n = 0 โ โ ( 2 n + 1 )! ( โ 1 ) n x 2 n + 1 โ
= โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n + 2 ( 2 n + 1 ) ! = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+2}}{(2n+1)!} = โ n = 0 โ โ ( 2 n + 1 )! ( โ 1 ) n x 2 n + 2 โ
= x 2 โ x 4 3 ! + x 6 5 ! โ x 8 7 ! + โฏ = x^2 - \frac{x^4}{3!} + \frac{x^6}{5!} - \frac{x^8}{7!} + \cdots = x 2 โ 3 ! x 4 โ + 5 ! x 6 โ โ 7 ! x 8 โ + โฏ
Example 7: Find Series for โซ e โ x 2 d x \int e^{-x^2} dx โซ e โ x 2 d x From Example 5: e โ x 2 = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n n ! e^{-x^2} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n}}{n!} e โ x 2 = โ n = 0 โ โ n ! ( โ 1 ) n x 2 n โ
โซ e โ x 2 d x = C + โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n + 1 n ! ( 2 n + 1 ) \int e^{-x^2} dx = C + \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{n!(2n+1)} โซ e โ x 2 d x = C + โ n = 0 โ โ n ! ( 2 n + 1 ) ( โ 1 ) n x
= C + x โ x 3 1 ! โ
3 + x 5 2 ! โ
5 โ x 7 3 ! โ
7 + โฏ = C + x - \frac{x^3}{1! \cdot 3} + \frac{x^5}{2! \cdot 5} - \frac{x^7}{3! \cdot 7} + \cdots = C + x โ 1 ! โ
3 x 3 โ + 2 ! โ
5 x 5 โ โ 3 ! โ
7 x 7 โ + โฏ
Note : This integral has no elementary antiderivative, but we can express it as a series!
Taylor Series Centered at a โ 0 a \neq 0 a ๎ = 0 Example : Find Taylor series for e x e^x e x centered at a = 2 a = 2 a = 2 .
All derivatives of e x e^x e x are e x e^x e x , so:
f ( n ) ( 2 ) = e 2 f^{(n)}(2) = e^2 f ( n ) ( 2 ) = e 2 for all n n n
e x = โ n = 0 โ e 2 n ! ( x โ 2 ) n e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{e^2}{n!}(x-2)^n e x = โ n = 0 โ โ n ! e 2 โ ( x โ 2 ) n
= e 2 [ 1 + ( x โ 2 ) + ( x โ 2 ) 2 2 ! + ( x โ 2 ) 3 3 ! + โฏ โ ] = e^2 \left[1 + (x-2) + \frac{(x-2)^2}{2!} + \frac{(x-2)^3}{3!} + \cdots\right] = e 2 [ 1 + ( x โ 2 ) + 2 ! ( x โ 2 ) 2 โ + 3 ! ( x โ 2 ) 3 โ + โฏ ]
= e 2 โ n = 0 โ ( x โ 2 ) n n ! = e^2 \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(x-2)^n}{n!} = e 2 โ n = 0 โ โ n ! ( x โ 2 ) n โ
When Does Taylor Series Equal the Function? The Taylor series equals f ( x ) f(x) f ( x ) when:
lim โก n โ โ R n ( x ) = 0 \lim_{n \to \infty} R_n(x) = 0 lim n โ โ โ R n โ ( x ) = 0
where R n ( x ) R_n(x) R n โ ( x ) is the remainder (error) after n n n terms.
For most common functions (like e x , sin โก x , cos โก x , ln โก ( 1 + x ) e^x, \sin x, \cos x, \ln(1+x) e x , sin x , cos x , ln ( 1 + x ) ), this happens on their interval of convergence.
โ ๏ธ Common Mistakes
Mistake 1: Wrong Factorial in General Term For sin โก x = x โ x 3 3 ! + x 5 5 ! โ โฏ \sin x = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \cdots sin x = x โ 3 ! x 3 โ + 5 ! x 5 โ โ โฏ :
WRONG : General term is ( โ 1 ) n x n n ! \frac{(-1)^n x^n}{n!} n ! ( โ 1 ) n x n โ
RIGHT : General term is ( โ 1 ) n x 2 n + 1 ( 2 n + 1 ) ! \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!} ( 2 n + 1 )! ( โ 1 ) n x 2 n + 1 โ (only odd powers!)
Mistake 2: Wrong Starting Index For sin โก x \sin x sin x , first nonzero term is x x x (when n = 0 n = 0 n = 0 ).
WRONG : Sum starts at n = 1 n = 1 n = 1
RIGHT : โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n + 1 ( 2 n + 1 ) ! \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!} โ n = 0 โ โ ( 2 n + 1 )! ( โ 1 ) n x 2 n + 1 โ (starts at n = 0 n = 0 n = 0 )
Mistake 3: Forgetting Center for Taylor Series For ln โก x \ln x ln x centered at a = 1 a = 1 a = 1 :
WRONG : ln โก x = โ ( โ 1 ) n โ 1 x n n \ln x = \sum \frac{(-1)^{n-1} x^n}{n} ln x = โ n ( โ 1 ) n โ 1 x n โ
RIGHT : ln โก x = โ ( โ 1 ) n โ 1 ( x โ 1 ) n n \ln x = \sum \frac{(-1)^{n-1} (x-1)^n}{n} ln x = โ n ( โ 1 ) n โ 1 ( x โ 1 ) n โ (must use ( x โ 1 ) n (x-1)^n ( x โ 1 ) n !)
Mistake 4: Computing All Derivatives Unnecessarily To find series for e 3 x e^{3x} e 3 x :
WRONG : Compute f โฒ ( x ) , f โฒ โฒ ( x ) , f โฒ โฒ โฒ ( x ) , โฆ f'(x), f''(x), f'''(x), \ldots f โฒ ( x ) , f โฒโฒ ( x ) , f โฒโฒโฒ ( x ) , โฆ
RIGHT : Use e x = โ x n n ! e^x = \sum \frac{x^n}{n!} e x = โ n ! x n โ , substitute x โ 3 x x \to 3x x โ 3 x :
e 3 x = โ n = 0 โ ( 3 x ) n n ! = โ n = 0 โ 3 n x n n ! e^{3x} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(3x)^n}{n!} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{3^n x^n}{n!} e 3 x = โ n = 0 โ โ n ! ( 3 x ) n โ = โ n = 0 โ โ n ! 3 n x n โ
๐ Practice Strategy
Memorize basic series : 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 )
Use substitution : Replace x x x with f ( x ) f(x) f ( x ) in known series
Multiply/divide by powers : For x k f ( x ) x^k f(x) x k f ( x ) , just multiply series by x k x^k x k
Differentiate/integrate : Term by term when needed
For derivatives at a a a : Look for patterns to avoid computing all
Check first few terms : Make sure they match Taylor polynomial
Odd/even functions : sin โก x \sin x sin x has only odd powers, cos โก x \cos x cos x only even
Write general term : Essential for summation notation
1
โ
๐ก Show Solution Method 1: Using derivatives
f ( x ) = ( 1 โ x ) โ 1 f(x) = (1-x)^{-1} f ( x ) = ( 1 โ x ) โ 1
f โฒ ( x ) = ( 1 โ x ) โ 2 f'(x) = (1-x)^{-2} f โฒ ( x ) = ( 1 โ x ) โ 2
f โฒ โฒ ( x ) = 2 ( 1 โ x ) โ 3 f''(x) = 2(1-x)^{-3} f โฒโฒ ( x ) = 2 ( 1 โ x ) โ 3
f โฒ โฒ โฒ ( x ) = 6 ( 1 โ x ) โ 4 = 3 ! ( 1 โ x ) โ 4 f'''(x) = 6(1-x)^{-4} = 3!(1-x)^{-4} f โฒโฒโฒ ( x ) = 6 ( 1 โ x ) โ 4 =
f ( n ) ( x ) = n ! ( 1 โ x ) โ ( n + 1 ) f^{(n)}(x) = n!(1-x)^{-(n+1)} f ( n ) ( x ) = n ! ( 1 โ x ) โ ( n + 1
At x = 0 x = 0 x = 0 :
f ( n ) ( 0 ) = n ! f^{(n)}(0) = n! f ( n ) ( 0 ) = n !
Maclaurin series:
1 1 โ x = โ n = 0 โ n ! n ! x n = โ n = 0 โ x n \frac{1}{1-x} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{n!}{n!}x^n = \sum_{n=0}^{\infty} x^n 1 โ x 1 โ = โ
= 1 + x + x 2 + x 3 + x 4 + โฏ = 1 + x + x^2 + x^3 + x^4 + \cdots = 1 + x + x 2 + x 3 + x
Method 2: Geometric series (faster!)
This is just the geometric series with ratio r = x r = x r = x .
1 1 โ x = โ n = 0 โ x n \frac{1}{1-x} = \sum_{n=0}^{\infty} x^n 1 โ x 1 โ = โ n = 0 โ
Interval of convergence :
Geometric series converges when โฃ r โฃ < 1 |r| < 1 โฃ r โฃ < 1 :
โฃ x โฃ < 1 |x| < 1 โฃ x โฃ < 1
At x = 1 x = 1 x = 1 : โ 1 \sum 1 โ 1 diverges
At x = โ 1 x = -1 x = โ 1 : โ ( โ 1 ) n \sum (-1)^n โ ( โ 1 ) n diverges
Interval : ( โ 1 , 1 ) (-1, 1) ( โ 1 , 1 )
Answer : 1 1 โ x = โ n = 0 โ x n \frac{1}{1-x} = \sum_{n=0}^{\infty} x^n 1 โ x 1 โ = โ n = 0 for
2 Problem 2hard โ Question:Use the Maclaurin series for e x e^x e x to find the Maclaurin series for f ( x ) = e 2 x cos โก x f(x) = e^{2x} \cos x f ( x ) = e 2 x cos x .
๐ก Show Solution Step 1: Write known series
e x = โ n = 0 โ x n n ! = 1 + x + x 2 2 ! + x 3 3 ! + โฏ e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots e x = โ
3 Problem 3medium โ Question:Find the Taylor series for f ( x ) = 1 x f(x) = \frac{1}{x} f ( x ) = x 1 โ centered at a = 1 a = 1 a = 1 .
๐ก Show Solution Step 1: Rewrite in useful form
f ( x ) = 1 x = 1 1 + ( x โ 1 ) f(x) = \frac{1}{x} = \frac{1}{1 + (x-1)} f ( x ) = x 1 โ =
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.
โ 4
( โ 1 ) n โ 1 ( n โ 1 )!
โ
n
โ
2 n + 1
โ
3 ! ( 1 โ
x ) โ 4
)
n = 0
โ
โ
n ! n ! โ
x n
=
โ n = 0 โ โ x n
4
+
โฏ
โ
x n
โ
โ
x n
โฃ x โฃ < 1 |x| < 1 โฃ x โฃ < 1 n = 0
โ
โ
n ! x n โ
=
1 +
x +
2 ! x 2 โ +
3 ! x 3 โ +
โฏ
cos โก x = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n x 2 n ( 2 n ) ! = 1 โ x 2 2 ! + x 4 4 ! โ โฏ \cos x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!} = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \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 โฏ
Step 2: Find e 2 x e^{2x} e 2 x
Substitute x โ 2 x x \to 2x x โ 2 x in series for e x e^x e x :
e 2 x = โ n = 0 โ ( 2 x ) n n ! = โ n = 0 โ 2 n x n n ! e^{2x} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(2x)^n}{n!} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{2^n x^n}{n!} e 2 x = โ n = 0 โ โ n ! ( 2 x ) n โ = โ n = 0 โ โ n ! 2 n x n โ
= 1 + 2 x + 4 x 2 2 ! + 8 x 3 3 ! + โฏ = 1 + 2x + \frac{4x^2}{2!} + \frac{8x^3}{3!} + \cdots = 1 + 2 x + 2 ! 4 x 2 โ + 3 ! 8 x 3 โ + โฏ
= 1 + 2 x + 2 x 2 + 4 x 3 3 + โฏ = 1 + 2x + 2x^2 + \frac{4x^3}{3} + \cdots = 1 + 2 x + 2 x 2 + 3 4 x 3 โ + โฏ
e 2 x cos โก x = ( 1 + 2 x + 2 x 2 + 4 x 3 3 + โฏ โ ) ( 1 โ x 2 2 + x 4 24 โ โฏ โ ) e^{2x} \cos x = \left(1 + 2x + 2x^2 + \frac{4x^3}{3} + \cdots\right)\left(1 - \frac{x^2}{2} + \frac{x^4}{24} - \cdots\right) e 2 x cos x = ( 1 + 2 x + 2 x 2 + 3 4 x 3 โ + โฏ ) ( 1 โ 2 x 2 โ + 24 x
Multiply term by term (collect like powers):
Constant term : 1 โ
1 = 1 1 \cdot 1 = 1 1 โ
1 = 1
x x x term : 2 x โ
1 = 2 x 2x \cdot 1 = 2x 2 x โ
1 = 2 x
x 2 x^2 x 2 term : 2 x 2 โ
1 + 1 โ
( โ x 2 2 ) = 2 x 2 โ x 2 2 = 3 x 2 2 2x^2 \cdot 1 + 1 \cdot (-\frac{x^2}{2}) = 2x^2 - \frac{x^2}{2} = \frac{3x^2}{2} 2 x 2 โ
1 + 1 โ
( โ 2 x 2 โ ) = 2 x 2 โ 2 x 2 โ = 2 3 x 2 โ
x 3 x^3 x 3 term : 4 x 3 3 โ
1 + 2 x โ
( โ x 2 2 ) = 4 x 3 3 โ x 3 = x 3 3 \frac{4x^3}{3} \cdot 1 + 2x \cdot (-\frac{x^2}{2}) = \frac{4x^3}{3} - x^3 = \frac{x^3}{3} 3 4 x 3 โ โ
1 + 2 x โ
( โ 2 x 2 โ ) = 3 4 x 3 โ โ x 3 = 3 x 3 โ
x 4 x^4 x 4 term : (from multiple products)
1 โ
x 4 24 + 2 x 2 โ
( โ x 2 2 ) + ( higherย orderย terms ) 1 \cdot \frac{x^4}{24} + 2x^2 \cdot (-\frac{x^2}{2}) + (\text{higher order terms}) 1 โ
24 x 4 โ + 2 x 2 โ
( โ 2 x 2 โ ) + ( higherย orderย terms )
= x 4 24 โ x 4 + โฏ = \frac{x^4}{24} - x^4 + \cdots = 24 x 4 โ โ x 4 +
e 2 x cos โก x = 1 + 2 x + 3 x 2 2 + x 3 3 + โฏ e^{2x} \cos x = 1 + 2x + \frac{3x^2}{2} + \frac{x^3}{3} + \cdots e 2 x cos x = 1 + 2 x + 2 3 x 2 โ + 3 x 3 โ + โฏ
Answer : e 2 x cos โก x = 1 + 2 x + 3 x 2 2 + x 3 3 + โฏ e^{2x}\cos x = 1 + 2x + \frac{3x^2}{2} + \frac{x^3}{3} + \cdots e 2 x cos x = 1 + 2 x + 2 3 x 2 โ + 3 x 3 โ + โฏ
(Usually only first 3-4 terms are requested)
1 + ( x โ 1 ) 1 โ
Let u = x โ 1 u = x - 1 u = x โ 1 , so x = 1 + u x = 1 + u x = 1 + u :
f ( x ) = 1 1 + u f(x) = \frac{1}{1+u} f ( x ) = 1 + u 1 โ
Step 2: Use geometric series
We know: 1 1 โ r = โ n = 0 โ r n \frac{1}{1-r} = \sum_{n=0}^{\infty} r^n 1 โ r 1 โ = โ n = 0 โ โ r n for โฃ r โฃ < 1 |r| < 1 โฃ r โฃ < 1
Replace r r r with โ u -u โ u :
1 1 + u = 1 1 โ ( โ u ) = โ n = 0 โ ( โ u ) n = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n u n \frac{1}{1+u} = \frac{1}{1-(-u)} = \sum_{n=0}^{\infty} (-u)^n = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n u^n 1 + u 1 โ = 1 โ ( โ u ) 1 โ = โ n = 0 โ โ ( โ u ) n = โ n = 0 โ โ ( โ 1 ) n u n
Step 3: Substitute back u = x โ 1 u = x-1 u = x โ 1
1 x = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n ( x โ 1 ) n \frac{1}{x} = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n (x-1)^n x 1 โ = โ n = 0 โ โ ( โ 1 ) n ( x โ 1 ) n
= 1 โ ( x โ 1 ) + ( x โ 1 ) 2 โ ( x โ 1 ) 3 + โฏ = 1 - (x-1) + (x-1)^2 - (x-1)^3 + \cdots = 1 โ ( x โ 1 ) + ( x โ 1 ) 2 โ ( x โ 1 ) 3 + โฏ
Step 4: Find interval of convergence
Need โฃ u โฃ < 1 |u| < 1 โฃ u โฃ < 1 :
โฃ x โ 1 โฃ < 1 |x-1| < 1 โฃ x โ 1โฃ < 1
โ 1 < x โ 1 < 1 -1 < x - 1 < 1 โ 1 < x โ 1 < 1
0 < x < 2 0 < x < 2 0 < x < 2
Answer : 1 x = โ n = 0 โ ( โ 1 ) n ( x โ 1 ) n \frac{1}{x} = \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n(x-1)^n x 1 โ = โ n = 0 โ โ ( โ 1 ) n ( x โ 1 ) n for 0 < x < 2 0 < x < 2 0 < x < 2
4
โ
โ
โฏ
)
โฏ