calculus

泰勒级数

泰勒级数将一个光滑函数近似为由其在某一点的各阶导数构成的无限次多项式。截断后即得到多项式近似。

函数 ff 在点 aa 附近的泰勒级数为

f(x)=∑n=0∞f(n)(a)n!(x−a)n=f(a)+f′(a)(x−a)+f′′(a)2!(x−a)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

当 a=0a = 0 时,此级数称为麦克劳林级数。

著名的展开式:

  • ex=∑xnn!e^x = \sum \frac{x^n}{n!}
  • sin⁡x=∑(−1)nx2n+1(2n+1)!\sin x = \sum \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!}
  • cos⁡x=∑(−1)nx2n(2n)!\cos x = \sum \frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!}
  • 11−x=∑xn\frac{1}{1-x} = \sum x^n(当 ∣x∣<1|x| < 1 时)。

将级数在次数 nn 处截断会得到一个多项式近似。这正是计算器内部计算三角函数与指数函数的方式,也是物理学近似“小角度”或“低速”行为的方法。只要函数无限可微且余项趋近于零,泰勒级数在该处便存在。

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