| 手机阅读| 用户留言 | 加入收藏 | 设为首页
懒人在线计算器
  • 您当前的位置:首页 > 几何图形公式

    泰勒级数_近似值_背后的理念

    发布时间:2020-10-29 15:43:34 作者:冬青好 

       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:

    • 常数 的导数是 0
    • x 的导数是 1
    • xn 的导数是 nxn-1 (例子:x3 的导数是 3x2)

       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

    • 高一个阶的导数……
    • ……除以在这项以下所有的指数的积(我们可以用 阶乘记号 来写,例如 3! = 3×2×1)

       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:

    • cos(x) 的导数是 -sin(x)
    • sin(x) 的导数是 cos(x)

      以 a=0:

    • c0 = f(0) = cos(0) = 1
    • c1 = f'(0)/1! = -sin(0) = 0
    • c2 = f''(0)/2! = -cos(0)/2! = -1/2!
    • c3 = f'''(0)/3! = sin(0)/3! = 0
    • c4 = f''''(0)/4! = cos(0)/4! = 1/4!
    • 等等……

      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。

    更新:20210423 104212     


    .

    发表评论

     共有人参与,请您也说几句看法

     
       验证码: 看不清楚,点击刷新 看不清楚,点击刷新