怎么用泰勒展开

如题所述

sin x 可以如何 “ 展开 ”?写成式子就是:
最后以省略号结束,代表 “ 无穷 ”,需要求的就是 a0,a1,a2,…… 的值,准确地说就是通项公式。然后,我们就可以开始 “ 微分 ” 了,就是等式两边同时、不停地微分下去。左边的三角函数的微分,其实是四个一循环的:sin x ➜ cos x ➜ - sin x ➜ - cos x,再回到 sin x……我们也会注意到,凡是把右边微分后,第一项(常数)就为 0 了,也就是可以直接忽略。

这样一来,等式左边在有规律地循环着,等式右边每次都减少一项。当然,x = 0 时等式也会成立,那将 x = 0 带入,将消去所有 x 指数大于 0 的项(都是 0 啊)。这样一来,就可以顺利求出 a0,a1,a2,……啦,sin 0、cos 0、- sin 0 和 - cos x 分别是 0、+1 、0、-1(显然的规律)。上面是微分的过程,下面是对于所有系数得到的等式。

最后,等式左边是四个一循环,可以从除以 4 的余数来考虑(分类);然后,等是右边可以用字母来代替,就是 k! × ak,这里 k! 代表阶乘。所以说,我们可以得到一个看上去漂亮的结果:

如果将系数数列 a 代入,那么偶数项都会消掉(系数为 0),只剩下一加一减的奇数项了。这就是泰勒展开(其实泰勒展开有好几个,这里只是 sin x 的泰勒展开):

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第1个回答  2024-01-29

泰勒展开是一个非常有用的数学工具,它可以将一个复杂的函数表示为一系列简单的多项式之和。使用泰勒展开的方法如下:

    确定泰勒展开的点:选择一个点x0,在该点处对函数f(x)进行泰勒展开。通常情况下,选择x=0作为展开点,此时泰勒展开式变为麦克劳林展开式。

    写出泰勒展开式:根据泰勒定理,函数f(x)在点x0处的泰勒展开式为:
    f(x)=f(x0)+f'(x0)(x−x0)+f''(x0)(x−x0)2!+⋯+f(n)(x0)(x−x0)n!+⋯
    其中,f'(x)表示函数f(x)的导数,f''(x)表示函数f(x)的二阶导数,以此类推。

    确定泰勒级数的项数:根据具体问题的需要,确定泰勒级数的项数。项数越多,展开式的精度越高,但同时计算量也会增大。

    代入计算:将具体的x值代入泰勒展开式中,进行计算。在计算过程中,需要注意计算精度和计算量的平衡。

    误差估计:根据需要,可以使用拉格朗日余项或皮亚诺余项等公式估计泰勒展开的误差。

    下面是一个使用泰勒展开的示例:

    求sin(x)在x=π/2处的泰勒展开式。

    解:首先,我们知道sin(x)的导数为cos(x),二阶导数为-sin(x),以此类推。
    在x=π/2处,我们有:
    sin(x)=sin(π/2)+cos(π/2)(x−π/2)−sin(π/2)(x−π/2)2!+⋯+f(n)(π/2)(x−π/2)n!+⋯
    由于cos(π/2)=0,sin(π/2)=1,所以展开式简化为:
    sin(x)=1+(−1)1!×(x−π/2)+(−1)2!×(x−π/2)2+⋯+(−1)n!×(x−π/2)n+⋯
    这是一个无穷级数,每一项的系数都是(-1)的幂次方。

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