【基础数学知识】带你理解泰勒展开式本质


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主要内容:更好的理解,并且记忆泰勒展开式

我们学习泰勒展开,本质上就是为了在某个点附近,用多项式函数取近似其他函数。可能有些童鞋就要问了,既然有一个函数了,为什么还需要用多项式函数取进行近似,理由就是多项式函数具有非常多优良的性质。

比如说,多项式函数既好计算,也好求导,还好积分,等等一系列的优良性质。

好,本质已经说完了,下面给出P(x)在x=0处的泰勒展开表达式,然后再进行仔细分析。


上面的文字表述用下面的slides总结:

可以推出c0=1,在图上表示就是0处的两者函数值相同,都为1,如下:


既然泰勒展开的目的是在某处,两者的函数近似相同,那么我们不应该仅仅满足于函数值相同,我们让在x=0处的两者一阶导数相同,岂不更好!

这样我们得到了一个新的等式条件,如下:

那么我们很自然的就会想到是否还能够找到一个限制条件,构建一个等式,将c2 也求出来,因为c0,c1就是这么求出来的。

对的,就是这个思路,我们让两者在x=0处的二阶导数也相等,相当于再加强一个限制,你既然要近似,就要近似的越多越好~如下图

根据上面表达式很容易求出,c2=-1/2

于是我们得出,在x=0处,近似cosx的二次多项式表达式为:

那么到现在的解释和一开始给的泰勒展开式子,是否有了一定的感觉呢?

我们其实在某处的泰勒展开,就是让两者的函数在该处的函数值相等,一阶导相等,二阶导相等,...n阶导相等(因为你要近似,当然是越接近越好,所有的性质都相等最好)。如下图:

上图就是在x=0处的泰勒展开式,分母的阶乘仅仅是为了抵消对次幂求导后的连乘。

如果不是在x=0处展开,比如在 a处展开,也是一样的。如下图:


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