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泰勒级数_近似值_背后的理念

时间:2020-10-29 15:43:34

   泰勒级数是把一个函数展开来显示的无穷级数,像这些:

20201029153015.png

   近似值

   你可以用泰勒级数的头几项来估计函数的近似值。

   这里是越来越准确的 cos(x) 近似值。红线是 cos(x),蓝线是近似值(自己画图来看看):

 

     1 − x2/2!    
20201029153442.png
1 − x2/2! + x4/4! 20201029153526.png
1 − x2/2! + x4/4! − x6/6!     
20201029153603.png
1 − x2/2! + x4/4! − x6/6! + x8/8! 20201029153704.png

(你可以在 复数的欧拉公式 看到更多泰勒级数的用法。)

  背后的理念是什么?

  为什么可以把一个函数变成幂的级数?

  你得到这个:

f(x) = c0 + c1(x-a) + c2(x-a)2 + c3(x-a)3 + ……

   选一个 "a" 的值来求这些: c0、c1、c2、等等……

   这是用导数算出来的……

   简短回顾:导数告诉我们函数在任何一点的坡度。

   你需要知道函数 f(x) 的导数和这些 导数基本规律:

   我们用这个符号  来代表 "的导数"。

   好,开始:

   求 c0:以 x=a,所有 (x-a) ,剩下的是:

f(a) = c0 的项都等于零

所以 c0 = f(a)

求 c1:取f(x) 的导数:

f(x) = c1 + 2c2(x-a) + 3c3(x-a)2 + ……

设 x=a,所有 (x-a) 的项都是零:

f(a) = c1

所以 c1 = f(a)

求 c2:再取导数:

f(x) = 2c2 + 3×2×c3(x-a) + ……

设 x=a,所有 (x-a) 的项都等于零:

f(a) = 2c2

所以 c2 = f(a)/2

  看到规律了吗?每项是

   结果是:

20201029153951.png

   这便是求泰勒级数每一项的规律:取导数,除以 n!。

 例子:cos(x) 的泰勒级数

  我们只需要知道:

  以 a=0:

  所有奇项都是零,所以:

cos(x) = 1 − x2/2! + x4/4! −……

  你自己用 sin(x) 来试试!

  你也可以用其他的函数,重点是你需要知道函数 f(x) 的导数是什么。

  注意:麦克劳林级数 是 a=0 的泰勒级数。我们上面的例子都是 麦克劳林级数。

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