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常用的收斂級數整理_MIT—單變量微積分筆記38 泰勒級數

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第38講 泰勒級數

Taylor's series

34 泰勒級數​v.youku.com

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  • 級數
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:積木問題。

将積木堆積起來,上層積木依次側移向外,能否将最上層積木完全移動至最底層積木的左側,即頂層積木的右側邊線超出底層積木的左側邊線。或者問不斷累積這種側移,是會達到某個極限還是沒有極限。

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技巧在于從最上層開始進行計算以達到最佳政策。這種方法在計算中稱為“貪婪算法”,在每一步都達到最大的可能,但是隻能從最上層開始使用這種政策。為了讨論友善,将積木長度定為2,那麼1号積木最大探出量就在它的重心位置

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;疊加2号積木後的最大位移量就在1号和2号的共同重心位置。

按照此方法進行,當累加到第N塊時,位移量為

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,再累加至第 N+1塊時則有

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将前 N塊和最後一塊分别計算重力力矩加和除以所有積木的重量 N+1,就得到了所有積木的總體重心。

1号積木最大探出量為

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;疊加2号積木後的最大位移量為

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;疊加第三塊積木後,則有

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。是以得到

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。是以位移位置就是調和級數的累積和

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。則根據上次課的推導有

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。是以最大位移是發散的。并且這個數量關系給出了所達到距離和所需積木數 N之間的關系。例如想要橫跨整張桌子,則要達到距離為24,是以有

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,計算可得到

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。這些積木摞起來的高度為

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,這是地球到月亮距離的兩倍。疊起來的積木的邊緣所構成的曲線形狀就是對數曲線,從這個計算也可以看出對數曲線的增長是非常緩慢的。

  • 幂級數

已經學過一個幂級數

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。它也就是幾何級數。

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,則用 x乘以等式兩側得

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。與前式相減得到

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,整理可得

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。注意:證明過程要求級數是收斂的。

幂級數

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。 x的取值若在收斂半徑之内

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,即在收斂點集區間

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之内時,級數收斂。

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為級數的發散區域。

對于幂級數而言,當x在收斂半徑之内時,有

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,它以指數速度衰減;在收斂半徑之外,則

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不趨向于零。

對于收斂的幂級數可以進行運算,其運算法則與多項式相同。可以進行加法、乘法、除法、函數複合還有微分和積分。

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  • 泰勒公式

泰勒公式是用特殊系數的幂級數形式來表示函數的一種方法。例如函數

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,本身并不是一個類似于多項式的狀态,通過給定特定的系數可以将之表示為級數的狀态。泰勒公式

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得到

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。可知參數通式為

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:在近似公式中得到了

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。通過泰勒級數可以得到完全的函數公式。

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通過比較泰勒公式形式可以知道,正弦函數、餘弦函數和e的指數函數是同一種類型的函數。