泰勒公式是一种将函数表示为其在某点附近的幂级数的方法。对于一个在某点处具有n阶导数的函数,其泰勒展开式如下:
\[ f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + \frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2 + \cdots + \frac{f^n(a)}{n!}(x-a)^n + R_n(x) \]
其中,\( f^n(a) \) 表示函数 \( f(x) \) 在点 \( a \) 处的第 \( n \) 阶导数,\( R_n(x) \) 是泰勒公式的余项,它衡量了截断误差。
对于常见的函数,泰勒展开式可以写得非常具体。以下是一些常见函数的泰勒展开式:
指数函数\( e^x \)
\[ e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots + \frac{x^n}{n!} + \cdots \]
自然对数函数\( \ln(1+x) \)
\[ \ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \cdots + (-1)^{k-1} \frac{x^k}{k} + \cdots \quad (|x| < 1) \]
正弦函数\( \sin x \)
\[ \sin x = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \cdots + (-1)^{k-1} \frac{x^{2k-1}}{(2k-1)!} + \cdots \]
余弦函数\( \cos x \)
\[ \cos x = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \cdots + (-1)^k \frac{x^{2k}}{(2k)!} + \cdots \]
这些展开式在数学、物理和工程等领域有广泛的应用,特别是在处理近似计算和误差分析时非常有用。