泰勒公式
一、定義
數(shù)學(xué)中,如果一個函數(shù)足夠平滑的話,已知函數(shù)在某一點(diǎn)的各階導(dǎo)數(shù)值的情況之下,泰勒公式可以用這些導(dǎo)數(shù)值做系數(shù)構(gòu)建一個多項式來近似函數(shù)在這一點(diǎn)的鄰域中的值。泰勒公式還給出了這個多項式和實(shí)際的函數(shù)值之間的偏差。
泰勒公式是將一個在x=x0處具有n階導(dǎo)數(shù)的函數(shù)f(x)利用關(guān)于(x-x0)的n次多項式來逼近函數(shù)的方法。
若函數(shù)f(x)在包含x0的某個閉區(qū)間[a,b]上具有n階導(dǎo)數(shù),且在開區(qū)間(a,b)上具有(n+1)階導(dǎo)數(shù),則對閉區(qū)間[a,b]上任意一點(diǎn)x,成立下式:
等號后的多項式稱為函數(shù)f(x)在x0處的泰勒展開式,剩余的Rn(x)是泰勒公式的余項
麥克勞林展開
函數(shù)的麥克勞林展開指上面泰勒公式中x0取0的情況,即是泰勒公式的特殊形式,若f(x)在x=0處n階連續(xù)可導(dǎo),則下式成立:

其中f(n)(x)表示f(x)的n階導(dǎo)數(shù),實(shí)際應(yīng)用中,泰勒公式需要截斷,只取有限項,一個函數(shù)的有限項的泰勒級數(shù)叫做泰勒展開式。泰勒公式的余項可以用于估算這種近似的誤差。
二、利用泰勒公式對ex展開
運(yùn)用麥克勞林展開式并舍棄余項:
當(dāng)x=1時:

三、形象化解釋(參考其他博客)
想象一個函數(shù),你只能觀測其中很小一段的圖像,現(xiàn)在需要從這一小段預(yù)測其他點(diǎn)的函數(shù)值:

假設(shè)泰勒原點(diǎn)在x=0,即你只能觀測x=0附近很小一段的函數(shù)圖像

這時你可能會想,切線在這段符合得挺好,就用它估計吧,這條線的斜率就是f'(0):

結(jié)果和實(shí)際相去甚遠(yuǎn)

你可能會很奇怪,為什么看起來這么接近,結(jié)果還差這么大,就使勁盯著這段函數(shù)看啊看:

盯了半天,經(jīng)過了n次放大,你終于發(fā)現(xiàn)曲線的左右比切線都要高一些,像是一條拋物線。于是你在切線的基礎(chǔ)上加了一個拋物線因子,對應(yīng)的二次斜率就是f''(0)/2:

雖然還是很不準(zhǔn),還是比一開始的預(yù)測準(zhǔn)了不少,于是你信心大增,很快發(fā)現(xiàn)了新的不同,利用三次曲線去預(yù)測:
然后你會發(fā)現(xiàn)越來越準(zhǔn),直到預(yù)測了n次,你看得累了,預(yù)測結(jié)果和真實(shí)函數(shù)也差不多了,就把可能的最大偏差用一個余項表示,當(dāng)然離原點(diǎn)越遠(yuǎn)就越不準(zhǔn),這個余項也和x有關(guān)。泰勒公式可以說是用函數(shù)在某一點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)逐次逼近函數(shù)的過程。

浙公網(wǎng)安備 33010602011771號