4.6 Taylor 公式

n 阶 Taylor 多项式

设 f(x) 在 x0 处 n 阶可导, 则称

Pn(x)≅f(x0)+f′(x0)(x−x0)+⋅⋅⋅+f(n)(x0)n!(x−x0)n=∑i=0nf(i)(x0)i!(x−x0)i,

为 f(x) 在 x0 处的 n 阶 Taylor 多项式, 称 ai(0≤i≤n) 为对应的 Taylor 系数.

1 带 Peano 余项的 Taylor 公式

带 Peano 余项的 Taylor 公式

设 f(x) 在 x0 处 n 阶可导, 则

f(x)=∑i=0nf(i)(x0)i!(x−x0)i+Rn(x),

其中 Rn(x)=o((x−x0)n),x→x0.
特别地, 令 x0=0, 则

f(x)=∑i=0nf(i)(0)i!xi+o(xn).

结合一下函数在 0 处的 n 阶导数值, 容易得到:

推论

在 x→0 时,

ex=∑i=0nxii!+o(xn);sin⁡x=∑i=0⌊n−12⌋(−1)ix2i+1(2i+1)!+o(xn);cos⁡x=∑i=0⌊n2⌋(−1)ix2i(2i)!+o(xn);ln⁡(1+x)=∑i=1n(−1)i−1xii+o(xn);(1+x)α=1+∑i=1nα(α−1)⋅⋅⋅(α−i+1)i!xi+o(xn).

2 带 Lagrange 余项的 Taylor 公式

带 Lagrange 余项的 Taylor 公式

若 f(x) 在 [a,b] 内有 n 阶连续导函数, 即 f(n)(x)∈C[a,b], 且 f(x) 在 (a,b) 内有 n+1 阶导数, 即 f(n+1)(x) 存在, 则对 ∀x,x0∈[a,b], 存在 ξ 介于 x,x0 之间, 也即 ξ=x0+θ(x−x0),0<θ<1, 使得

f(x)=∑i=0nf(i)(x0)i!(x−x0)i+Rn(x),

其中 Rn(x)=f(n+1)(ξ)(n+1)!(x−x0)n+1.