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	<title>009C Sample Final 2, Problem 7 - Revision history</title>
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	<updated>2026-04-22T14:16:08Z</updated>
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		<id>https://wiki.math.ucr.edu/index.php?title=009C_Sample_Final_2,_Problem_7&amp;diff=1436&amp;oldid=prev</id>
		<title>MathAdmin: Created page with &quot;&lt;span class=&quot;exam&quot;&gt;(a) Consider the function &amp;nbsp;&lt;math style=&quot;vertical-align: -16px&quot;&gt;f(x)=\bigg(1-\frac{1}{2}x\bigg)^{-2}.&lt;/math&gt;&amp;nbsp; Find the first three terms of its Bin...&quot;</title>
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		<updated>2017-03-12T16:54:41Z</updated>

		<summary type="html">&lt;p&gt;Created page with &amp;quot;&amp;lt;span class=&amp;quot;exam&amp;quot;&amp;gt;(a) Consider the function  &amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -16px&amp;quot;&amp;gt;f(x)=\bigg(1-\frac{1}{2}x\bigg)^{-2}.&amp;lt;/math&amp;gt;  Find the first three terms of its Bin...&amp;quot;&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;&lt;b&gt;New page&lt;/b&gt;&lt;/p&gt;&lt;div&gt;&amp;lt;span class=&amp;quot;exam&amp;quot;&amp;gt;(a) Consider the function &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -16px&amp;quot;&amp;gt;f(x)=\bigg(1-\frac{1}{2}x\bigg)^{-2}.&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;amp;nbsp; Find the first three terms of its Binomial Series. &lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&amp;lt;span class=&amp;quot;exam&amp;quot;&amp;gt;(b) Find its radius of convergence.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{| class=&amp;quot;mw-collapsible mw-collapsed&amp;quot; style = &amp;quot;text-align:left;&amp;quot;&lt;br /&gt;
!Foundations: &amp;amp;nbsp; &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|'''1.''' The Taylor polynomial of  &amp;amp;nbsp; &amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -5px&amp;quot;&amp;gt;f(x)&amp;lt;/math&amp;gt; &amp;amp;nbsp; at &amp;amp;nbsp; &amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -1px&amp;quot;&amp;gt;a&amp;lt;/math&amp;gt; &amp;amp;nbsp; is&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math&amp;gt;\sum_{n=0}^{\infty}c_n(x-a)^n&amp;lt;/math&amp;gt; where &amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -14px&amp;quot;&amp;gt;c_n=\frac{f^{(n)}(a)}{n!}.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
| '''2.''' '''Ratio Test''' &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; Let &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -7px&amp;quot;&amp;gt;\sum a_n&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;amp;nbsp; be a series and &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math&amp;gt;L=\lim_{n\rightarrow \infty}\bigg|\frac{a_{n+1}}{a_n}\bigg|.&amp;lt;/math&amp;gt; &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; Then,&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; If &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -4px&amp;quot;&amp;gt;L&amp;lt;1,&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;amp;nbsp; the series is absolutely convergent. &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; If &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -4px&amp;quot;&amp;gt;L&amp;gt;1,&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;amp;nbsp; the series is divergent.&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&lt;br /&gt;
&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; If &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -4px&amp;quot;&amp;gt;L=1,&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;amp;nbsp; the test is inconclusive.&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
'''Solution:'''&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
'''(a)'''&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{| class=&amp;quot;mw-collapsible mw-collapsed&amp;quot; style = &amp;quot;text-align:left;&amp;quot;&lt;br /&gt;
!Step 1: &amp;amp;nbsp; &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|We begin by finding the coefficients of the Maclaurin series for &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math&amp;gt;f(x)=\frac{1}{(1-\frac{1}{2}x)^2}.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|We make a table to find the coefficients of the Maclaurin series.&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&lt;br /&gt;
&amp;lt;table border=&amp;quot;1&amp;quot; cellspacing=&amp;quot;0&amp;quot; cellpadding=&amp;quot;11&amp;quot; align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; n&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; f^{(n)}(x) &amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; f^{(n)}(0) &amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; \frac{f^{(n)}(0)}{n!} &amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;0&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; \frac{1}{(1-\frac{1}{2}x)^2}  &amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;  1&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; 1&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
 &amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;1&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;  \frac{1}{(1-\frac{1}{2}x)^3}&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;  1 &amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; 1&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
 &amp;lt;tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;2&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; \frac{\frac{3}{2}}{(1-\frac{1}{2}x)^4} &amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt;  \frac{3}{2} &amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
    &amp;lt;td align = &amp;quot;center&amp;quot;&amp;gt;&amp;lt;math&amp;gt; \frac{3}{4} &amp;lt;/math&amp;gt;&amp;lt;/td&amp;gt;&lt;br /&gt;
  &amp;lt;/tr&amp;gt;&lt;br /&gt;
&amp;lt;/table&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{| class=&amp;quot;mw-collapsible mw-collapsed&amp;quot; style = &amp;quot;text-align:left;&amp;quot;&lt;br /&gt;
!Step 2: &amp;amp;nbsp;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|So, the first three terms of the Binomial Series is &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;lt;math&amp;gt;1+x+\frac{3}{4}x^2.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
'''(b)'''&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{| class=&amp;quot;mw-collapsible mw-collapsed&amp;quot; style = &amp;quot;text-align:left;&amp;quot;&lt;br /&gt;
!Step 1: &amp;amp;nbsp; &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|By taking the derivative of the known series&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp;&amp;amp;nbsp;&amp;amp;nbsp;&amp;lt;math&amp;gt;\frac{1}{1-x}\,=\,1+x+x^2+\cdots,&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|we find that the Maclaurin series of &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math&amp;gt;\frac{1}{(1-x)^2}&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;amp;nbsp; is &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math&amp;gt;\sum_{n=0}^\infty (n+1)x^n.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|Letting &amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -5px&amp;quot;&amp;gt; x/2 &amp;lt;/math&amp;gt; &amp;amp;thinsp; play the role of &amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -4px&amp;quot;&amp;gt;x,&amp;lt;/math&amp;gt; the Maclaurin series of &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math&amp;gt;\frac{1}{(1-\frac{1}{2}x)^2}&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;amp;nbsp; is &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math&amp;gt;\sum_{n=0}^\infty (n+1)\bigg(\frac{1}{2}x\bigg)^n=\sum_{n=0}^\infty \frac{(n+1)x^n}{2^n}.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{| class=&amp;quot;mw-collapsible mw-collapsed&amp;quot; style = &amp;quot;text-align:left;&amp;quot;&lt;br /&gt;
!Step 2: &amp;amp;nbsp;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|Now, we use the Ratio Test to determine the radius of convergence of this power series.&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|We have&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;lt;math&amp;gt;\begin{array}{rcl}&lt;br /&gt;
\displaystyle{\lim_{n\rightarrow \infty} \bigg|\frac{a_{n+1}}{a_n}\bigg|} &amp;amp; = &amp;amp; \displaystyle{\lim_{n\rightarrow \infty} \bigg| \frac{(n+2)x^{n+1}}{2^{n+1}} \frac{2^n}{(n+1)x^n}\bigg|}\\&lt;br /&gt;
&amp;amp;&amp;amp;\\&lt;br /&gt;
&amp;amp; = &amp;amp; \displaystyle{\lim_{n\rightarrow \infty} \frac{|x|}{2} \frac{n+2}{n+1}}\\&lt;br /&gt;
&amp;amp;&amp;amp;\\&lt;br /&gt;
&amp;amp; = &amp;amp; \displaystyle{\frac{|x|}{2}\lim_{n\rightarrow \infty}\frac{n+2}{n+1}}\\&lt;br /&gt;
&amp;amp;&amp;amp;\\&lt;br /&gt;
&amp;amp; = &amp;amp; \displaystyle{\frac{|x|}{2}.}&lt;br /&gt;
\end{array}&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|Now, the Ratio Test says this series converges if &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -14px&amp;quot;&amp;gt;\frac{|x|}{2}&amp;lt;1.&amp;lt;/math&amp;gt;&amp;amp;nbsp; So, &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: -6px&amp;quot;&amp;gt;|x|&amp;lt;2.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|Hence, the radius of convergence is &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: 0px&amp;quot;&amp;gt;R=2.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{| class=&amp;quot;mw-collapsible mw-collapsed&amp;quot; style = &amp;quot;text-align:left;&amp;quot;&lt;br /&gt;
!Final Answer: &amp;amp;nbsp; &lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp;'''(a)'''&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; &amp;lt;math&amp;gt;1+x+\frac{3}{4}x^2&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|-&lt;br /&gt;
|&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp;'''(b)'''&amp;amp;nbsp; &amp;amp;nbsp; The radius of convergence is &amp;amp;nbsp;&amp;lt;math style=&amp;quot;vertical-align: 0px&amp;quot;&amp;gt;R=2.&amp;lt;/math&amp;gt;&lt;br /&gt;
|}&lt;br /&gt;
[[009C_Sample_Final_2|'''&amp;lt;u&amp;gt;Return to Sample Exam&amp;lt;/u&amp;gt;''']]&lt;/div&gt;</summary>
		<author><name>MathAdmin</name></author>
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