泰勒公式

泰勒公式

泰勒公式就是用多项式函数去逼近光滑函数。

假设f(x)在x=x0x=x0处连续可导N阶,那么(0!=1)(0!=1)

f(x)f(x0)0!+f(x0)1!(xx0)+f(x0)2!(xx0)2+...+fN(x0)N!(xx0)Nf(x)的泰勒公式为:f(x0)0!+f′(x0)1!∗(x−x0)+f″(x0)2!∗(x−x0)2+...+fN(x0)N!∗(x−x0)N

可简写成

n=0N(f(x0)n!(xx0)n)∑n=0N(f′(x0)n!∗(x−x0)n)

x0=0x0=0时,称为麦克劳林级。

1、证明

f(x)=exf(x)=ex为例,证明泰勒公式:

f(x)=exf(x)=ex,那么f(x)=exf′(x)=ex,所以f(x)=exf(x)=ex在(-∞,∞)可以无限可导;
x0=0,e0=1x0=0,则e0=1,那么f(x)=exf(x)=ex的泰勒公式为:

1+11!(x0)+12!(x0)2+...+1!(x0)1+11!∗(x−0)+12!∗(x−0)2+...+1∞!∗(x−0)∞
=1+x1!+x22!+...+x!=1+x1!+x22!+...+x∞∞!

接下来,让我们来看看f(x)f(x)、二阶泰勒展开、三阶泰勒展开、四阶泰勒展开在(0,5)区间内的函数图吧:

如图所示,其中
线1对应着函数exex
线2对应着函数1+x1!+x22!+x33!+x44!1+x1!+x22!+x33!+x44!
线3对应着函数1+x1!+x22!+x33!1+x1!+x22!+x33!
线4对应着函数1+x1!+x22!1+x1!+x22!

可以看出,泰勒展开的阶数越高,越逼近原函数。

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