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La série de Taylor expliquée : approcher n'importe quelle fonction par des polynômes

Comment les séries de Taylor et de Maclaurin transforment des fonctions compliquées en polynômes — la formule, les développements classiques de e^x, sin x, cos x, et comment les calculer.
AI-Math Editorial Team

By AI-Math Editorial Team

Published 2026-05-01

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 sin(0,4)\sin(0,4), elle additionne une série de Taylor en coulisses.

La formule de la série de Taylor

La série de Taylor d'une fonction ff centrée en x=ax = a est :

f(x)=n=0f(n)(a)n!(xa)nf(x) = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{f^{(n)}(a)}{n!} (x - a)^n

Autrement dit : évaluez ff, ff', ff'', ff''', … au point aa, puis construisez un polynôme dont le nn-ième terme est f(n)(a)n!(xa)n\frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^n.

Lorsque a=0a = 0, la série est appelée série de Maclaurin — le cas le plus courant.

Pourquoi cela fonctionne-t-il ?

Autour du point aa, une fonction ressemble à sa tangente (terme n=1n=1), puis à une parabole intégrant la courbure (n=2n=2), 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 ff exactement.

Trois développements de Maclaurin classiques

Mémorisez ces trois-là — ils apparaissent constamment :

ex=n=0xnn!=1+x+x22!+x33!+e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \dots

sinx=n=0(1)nx2n+1(2n+1)!=xx33!+x55!\sin x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!} = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \dots

cosx=n=0(1)nx2n(2n)!=1x22!+x44!\cos x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!} = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \dots

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 00.

Exemple résolu : construire sinx\sin x à partir de zéro

Soit f(x)=sinxf(x) = \sin x. En a=0a = 0 :

  • f(0)=0f(0) = 0
  • f(0)=cos(0)=1f'(0) = \cos(0) = 1
  • f(0)=sin(0)=0f''(0) = -\sin(0) = 0
  • f(0)=cos(0)=1f'''(0) = -\cos(0) = -1
  • f(4)(0)=sin(0)=0f^{(4)}(0) = \sin(0) = 0
  • Le motif se répète toutes les 4 dérivées.

Reportez dans la formule de Taylor :
sinx0+1x+0x22!+(1)x33!+0+x55!\sin x \approx 0 + 1 \cdot x + 0 \cdot \frac{x^2}{2!} + (-1)\frac{x^3}{3!} + 0 + \frac{x^5}{5!} - \dots
ce qui se simplifie en xx3/6+x5/120x - x^3/6 + x^5/120 - \dots. Identique à la formule ci-dessus.

L'approximation en pratique

Pour un petit xx proche de 0, même les premiers termes sont extrêmement précis :

  • sin(0,1)0,10,001/60,09983\sin(0,1) \approx 0,1 - 0,001/6 \approx 0,09983 (valeur exacte : 0,09983340,0998334\dots).

C'est pourquoi l'approximation des petits angles sinxx\sin x \approx x est valable : le terme suivant est minuscule lorsque xx est petit.

Convergence — quand est-elle réellement égale à ff ?

Les séries de Taylor ont un rayon de convergence RR. Pour xa<R|x - a| < R, la série est égale à f(x)f(x) ; en dehors, la série diverge. Certaines fonctions (exe^x, sinx\sin x, cosx\cos x) ont R=R = \infty. D'autres, comme 1/(1x)1/(1-x) centrée en 0, ont R=1R = 1.

Erreurs fréquentes

  • Oublier les dénominateurs factoriels n!n!.
  • Confondre les développements en série — sin a les impaires, cos les paires, exe^x toutes.
  • Supposer la convergence sans vérifier le rayon.

Essayez avec le solveur de séries IA

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.

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Published 2026-05-01

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