calculus

Ряд Тейлора

Ряд Тейлора приближает гладкую функцию бесконечным многочленом, построенным по её производным в одной точке. Усечение даёт полиномиальные приближения.

Ряд Тейлора функции ff в окрестности точки aa имеет вид

f(x)=n=0f(n)(a)n!(xa)n=f(a)+f(a)(xa)+f(a)2!(xa)2+f(x) = \sum_{n=0}^\infty \frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x - a)^n = f(a) + f'(a)(x-a) + \frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2 + \cdots

При a=0a = 0 ряд называется рядом Маклорена.

Известные разложения:

  • ex=xnn!e^x = \sum \frac{x^n}{n!}
  • sinx=(1)nx2n+1(2n+1)!\sin x = \sum \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!}
  • cosx=(1)nx2n(2n)!\cos x = \sum \frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!}
  • 11x=xn\frac{1}{1-x} = \sum x^n (при x<1|x| < 1).

Усечение ряда на степени nn даёт полиномиальное приближение. Именно так калькуляторы внутри вычисляют тригонометрические и показательные функции, и так физика приближает поведение при «малом угле» или «малой скорости». Ряд Тейлора существует везде, где функция бесконечно дифференцируема и остаточный член стремится к нулю.