泰勒展开的推导及应用

设已知函数 f(x)f(x)f(x),需要将其表示为

g(x)=∑i=0∞aixig(x)=\sum_{i=0}^{\infty}a_ix^ig(x)=i=0aixi

先只考虑在 x=0x=0x=0 处展开的情况,因为其他情况可将函数平移转化得到。

那么依次考虑 aia_iai 的求法。

我们规定 f(n)(x)f^{(n)}(x)f(n)(x) 表示 f(x)f(x)f(x)nnn 阶导函数(求 nnn 次导),则

g(n)(x)=∑i=0∞(i+n)!×ai+nxig^{(n)}(x)=\sum_{i=0}^{\infty}(i+n)!\times a_{i+n}x^ig(n)(x)=i=0(i+n)!×ai+nxi

g(n)(0)=n!×ang^{(n)}(0)=n!\times a_ng(n)(0)=n!×an,又因为 f(x)=g(x)f(x)=g(x)f(x)=g(x),所以 f(n)(0)=g(n)(0)f^{(n)}(0)=g^{(n)}(0)f(n)(0)=g(n)(0),即 n!×an=f(n)(0)n!\times a_n=f^{(n)}(0)n!×an=f(n)(0),而等式右边又是已知的,则 an=f(n)(0)n!a_n=\dfrac{f^{(n)}(0)}{n!}an=n!f(n)(0),我们就可以依次求出所有的 aia_iai

再考虑在 x=x0x=x_0x=x0 处展开:

g(x)=∑i=0∞f(i)(x0)i!(x−x0)ig(x)=\sum_{i=0}^{\infty}\frac{f^{(i)}(x_0)}{i!}(x-x_0)^ig(x)=i=0i!f(i)(x0)(xx0)i

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