泰勒级数

Taylor Series

实质是泰勒公式的项数趋于无穷,对函数的精确表达。利用函数的局部信息,在函数的某一点附近(特定区间)将函数展开为幂级数

一、基本概念

如果 f(x) 在点 x0 具有任意阶导数,则下式称为称为在点 x0 处的泰勒级数:

n=0f(n)(x0)n!(xx0)n=f(x0)+f(x0)(xx0)+f(x0)(xx0)2!++f(n)(x0)n!(xx0)+

通过函数在自变量零点的导数求得的泰勒级数又叫做麦克劳林级数:

n=0f(n)(0)n!xn=f(0)+f(0)x+f(0)x2!++f(n)(0)n!x+

常见的麦克劳林级数展开

ex=n=0xnn!=1+x+12!x2+13!x3+14!x4+<x<+sin(x)=n=0(1)nx2n+1(2n+1)!=x13!x3+15!x517!x7+<x<+cos(x)=n=0(1)nx2n(2n)!=112!x2+14!x416!x6+<x<+11x=n=0xn11+x=n=0(1)nxn11+x2=n=0(1)nx2n1<x1ln(1+x)=11+xdx=n=0(1)nxn+1n+11<x1arctan(x)=11+x2dx=n=0(1)nx2n+12n+11x1

二项式展开

(1+x)k=n=0(kn)xn=1+kx+k(k1)2!x2++k(k1)(kn+1)n!xn+(1<x<1)

二、泰勒级数的扩展

1. 在复数上的扩展

主要见:泰勒级数(复数意义)

f(z)=n=0f(n)(z0)n!(zz0)n

2. 在维度上的扩展

二元泰勒级数展开:

y=f(x1,x2)=f(x10,x20)+[(fx1)x10,x20(x1x10)+(fx2)x10,x20(x2x20)]+

三、实际应用

非线性系统的线性化

微分方程幂级数解法:矩阵指数函数