calculus

泰勒級數

泰勒級數將一個平滑函數近似為由其在某一點的各階導數構成的無限次多項式。截斷後即得到多項式近似。

函數 ff 在點 aa 附近的泰勒級數為

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

當 a=0a = 0 時,此級數稱為馬克勞林級數。

著名的展開式:

  • 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(當 ∣x∣<1|x| < 1 時)。

將級數在次數 nn 處截斷會得到一個多項式近似。這正是計算機內部計算三角函數與指數函數的方式,也是物理學近似「小角度」或「低速」行為的方法。只要函數無限可微且餘項趨近於零,泰勒級數在該處便存在。

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