常用十个泰勒展开公式是什么?

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轻轻路过的酱油0t
高能答主

2022-03-12 · 有什么不懂的尽管问我
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在了解十个常用的泰勒展开式之前,应该先了解函数f(x)的泰勒多项式的一般形式。因为常用的泰勒展开式都是基于这个一般形式所得到的。



若函数f(x)在点x0存在直到n阶的导数,那么这些导数构成的:



Tn(x)=f(x0)+f'(x0)(x-x0)/1!+f"(x0)(x-x0)^2/2!+…+f^(n)(x0)(x-x0)^n/n!



称为函数f(x)在点x0处的泰勒多项式,其中各项系数f^(k)(x0)/k! (k=1,2,…, n)称为泰勒系数。



而函数f(x)的泰勒展开式就是它所对应的泰勒多项式与一个比(x-x0)^n高阶的无穷小的和,即Tn(x)+o((x-x0)^n)=f(x0)+f'(x0)(x-x0)/1!+f"(x0)(x-x0)^2/2!+…+f^(n)(x0)(x-x0)^n/n!+o((x-x0)^n)。它是所有泰勒展开式的基础,因此算作第一个常用的泰勒展开始。



所以确定函数的泰勒展开式的关键,就是确定各项的系数,往更本质的问题上说,就是要确定函数在x0的各阶导数值。



其余九个常见的泰勒展开式分别包括:



1、x^a=x0^a+ax0^(a-1)(x-x0)+a(a-1)x0^(a-2)(x-x0)^2/2+…+a(a-1)…(a-n+1)(x-x0)^n/n!+o((x-x0)^n).



2、(1+x)^a=(1+x0)^a+a(1+x0)^(a-1)(x-x0)+a(a-1)(1+x0)^(a-2)(x-x0)^2/2+…+a(a-1)…(a-n+1)(x-x0)^n/n!+o((x-x0)^n).



3、1/x=1/x0-(x-x0)/x0^2+(x-x0)^2/x0^3-(x-x0)^3/x0^4+…+(-1)^n(x-x0)^n/x0^(n+1)+o((x-x0)^n).



4、1/(1-x)=1/(1-x0)+(x-x0)/(1-x0)^2+(x-x0)^2/(1-x0)^3+(x-x0)^3/(1-x0)^4+…+(x-x0)^n/(1-x0)^(n+1)+o((x-x0)^n).



5、e^x=e^x0+e^x0(x-x0)+e^x0(x-x0)^2/2+…+e^x0(x-x0)^n/n!+o((x-x0)^n).



6、lnx=lnx0+(x-x0)/x0-(x-x0)^2/(2x0^2)+(x-x0)^3/(3x0^3)+…+(-1)^(n+1)(x-x0)^n/(nx0^n)+o((x-x0)^n).



7、ln(1+x)=ln(1+x0)+(x-x0)/(1+x0)-(x-x0)^2/(2(1+x0)^2)+(x-x0)^3/(3(1+x0)^3)+…+(-1)^(n+1)(x-x0)^n/(n(1+x0)^n)+o((x-x0)^n).



8、sinx=sinx0+(x-x0)sin(x0+π/2)+(x-x0)^2sin(x0+π)/2+…+(x-x0)^nsin(x0+nπ/2)/n!+o((x-x0)^n).



9、cosx=cosx0+(x-x0)cos(x0+π/2)+(x-x0)^2cos(x0+π)/2+…+(x-x0)^ncos(x0+nπ/2)/n!+o((x-x0)^n).



不过我们最常用的并不是泰勒展开式的原式,而是泰勒展开式在x0=0的形式,这样的泰勒展开式称为麦克劳林公式。其一般形式为:



f(x)=Tn(0)+o(x^n)=f(0)+xf'(0)/1!+x^2f"(0)/2!+…+x^nf^(n)(0)/n!+o(x^n).



不难发现,函数x^a, 1/x, lnx在x0=0处的泰勒展开式没有意义,因此它们并不常用,但在x0等于一个非0的(正)数时,它们都有意义,所以也可以把它们归入常用的泰勒展开式中。其它几个常用的泰勒展开式的麦克劳林公式分别为:



1、(1+x)^a=1+ax+a(a-1)x^2/2+…+a(a-1)…(a-n+1)x^n/n!+o(x^n).



2、1/(1-x)=1+x+x^2+x^3+…+x^n+o(x^n).



3、e^x=1+x+x^2/2+…+x^n/n!+o(x^n).



4、ln(1+x)=x-x^2/2+x^3/3+…+(-1)^(n+1)x^n/n+o(x^n).



5、sinx=x-x^3/3!+x^5/5+…+(-1)^(m+1)x^(2m-1)/(2m-1)!+o(x^(2m)).



6、cosx=1-x^2/2+x^4/4!+…+(-1)^mx^(2m)/(2m)!+o(x^(2m)).



以上就是包括一般形式在内的十个常用的泰勒展开式,以及如果它们存在麦克劳林公式的情形。

Zoie17980
2021-10-21 · TA获得超过2.6万个赞
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如下图:

泰勒公式,是一个用函数在某点的信息描述其附近取值的公式。如果函数满足一定的条件,泰勒公式可以用函数在某一点的各阶导数值做系数构建一个多项式来近似表达这个函数。

几何意义:

泰勒公式的几何意义是利用多项式函数来逼近原函数,由于多项式函数可以任意次求导,易于计算,且便于求解极值或者判断函数的性质,因此可以通过泰勒公式获取函数的信息,同时,对于这种近似,必须提供误差分析,来提供近似的可靠性。

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