Si les dérivées capturent la pente d'une fonction en un point, les séries de Taylor capturent la fonction entière en un point — en empilant un nombre infini de dérivées. Elles sont le pont entre le calcul différentiel et le calcul numérique : chaque fois que votre calculatrice évalue , elle additionne une série de Taylor en coulisses.
La formule de la série de Taylor
La série de Taylor d'une fonction centrée en est :
Autrement dit : évaluez , , , , … au point , puis construisez un polynôme dont le -ième terme est .
Lorsque , la série est appelée série de Maclaurin — le cas le plus courant.
Pourquoi cela fonctionne-t-il ?
Autour du point , une fonction ressemble à sa tangente (terme ), puis à une parabole intégrant la courbure (), puis à une cubique, et ainsi de suite. Chaque dérivée d'ordre supérieur capture une information de forme plus fine. Additionnez-en une infinité et (pour les fonctions « gentilles ») vous retrouvez exactement.
Trois développements de Maclaurin classiques
Mémorisez ces trois-là — ils apparaissent constamment :
La série de l'exponentielle contient toutes les puissances ; le sinus n'a que des puissances impaires ; le cosinus n'a que des puissances paires. Cette symétrie est une conséquence directe du fait de savoir quelles dérivées s'annulent en .
Exemple résolu : construire à partir de zéro
Soit . En :
- Le motif se répète toutes les 4 dérivées.
Reportez dans la formule de Taylor :
ce qui se simplifie en . Identique à la formule ci-dessus.
L'approximation en pratique
Pour un petit proche de 0, même les premiers termes sont extrêmement précis :
- (valeur exacte : ).
C'est pourquoi l'approximation des petits angles est valable : le terme suivant est minuscule lorsque est petit.
Convergence — quand est-elle réellement égale à ?
Les séries de Taylor ont un rayon de convergence . Pour , la série est égale à ; en dehors, la série diverge. Certaines fonctions (, , ) ont . D'autres, comme centrée en 0, ont .
Erreurs fréquentes
- Oublier les dénominateurs factoriels .
- Confondre les développements en série — sin a les impaires, cos les paires, toutes.
- Supposer la convergence sans vérifier le rayon.
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Utilisez la calculatrice de séries pour calculer les développements de Taylor de n'importe quelle fonction — elle montre les étapes de dérivation, le polynôme obtenu et une vérification numérique.
Liens connexes :
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