考研级数的公式大全 如何通俗的解释泰勒公式?

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考研级数的公式大全

如何通俗的解释泰勒公式?

如何通俗的解释泰勒公式?

(关于泰勒公式小石头这里有两钟不同的解释与大家分享!)
我们知道 √2 作为第一个被发现的无理数, 是不能用 有理分数精确表示的,但是我们可以用 有理分数 来无限逼近:
这就是,所谓的无限(不循环)小数:
这种无限逼近的思想就是后来鼎鼎大名的极限,其在数学中由来已久,比如:用割圆术求π值,而且生活中也经常被大家使用,例如:
将金属物体表明抛光:先用粗颗粒的砂纸打磨,然后用中颗粒砂纸,然是细颗粒,然后是颗粒更细的研磨膏,然后是更更细的,... 这个过程一直进行下去,我们就可以得到越来越光亮的金属表面;称取一斤盐:根据经验先往秤盘里加一斤盐左右的盐,发现多了取出来一些、发现少了再加一些,...这个过程一直进行下去,我们就可以得到越来越接近一斤的盐;对于给定的函数 f(x) ,我们也可以用一个函数的序列 f(x), f(x), f(x), ... 来无限的逼近它,即,
f(x) f(x) f(x) f(x)
接下来,我们需要确定 这个序列!
首先,观察 √2 无限逼近形式 (1),我们可这样理解:
从 原点 0 出发 ,沿着坐标轴方向,
先用 步距是 1/10 1 的步伐 走 1 步;
再用 步距是 1/101 0.1 的步伐 走 4 步;
再用 步距是 1/102 0.01 的步伐 走 1 步;
....
再用 步距是 1/10 的步伐 走 a_n 步;
....
可见,这里的关键是 越来越小的 步距序列:
1/10 1/101 1/102 1/10
所以,我们要可以逼近 f(x) 就是首先要找到 一个 越来越小的 函数序列。
我们先降低要求,不对 整个 f(x) 逼近,只逼近 x 0 附近的 f(x) 部分,这时我们发现,幂函数 序列:
x , x1, x2 , x3, ..., x, ...
在 x 0 附近 (-1, 1) 是满足 (绝对值)越来越小的 要求的。
于是,仿照 √2 ,令,
则有,
这称为幂级数,最后,要做的事情就是确定幂级数的系数了。
首先,将 x 0 带入 式(2),立即得到,a f(0) f(0)/0!;
然后,我们对 式(2) 两边求导,有:
再将 x 0 带入 式(2.1),得到,a f(0) f(0)/1!;
然后,我们对 式(2.1) 两边求导,有:
再将 x 0 带入 式(2.2),得到,a f(0)/2 f(0)/2!;
然后,我们对 式(2.2) 两边求导,有:
再将 x 0 带入 式(2.3),得到,a f(0)/32 f(0)/3!;
...
然后,我们对 式(2.n-1) 两边求导,有:
再将 x 0 带入 式(2.3),得到,a_n f(0)/n(n-1)(n-2)2 f(0)/n!;
...
这样,我们就通过递归的方式,逐一确定了系数,并且最终得到了:
这称为 迈克劳林公式。
利用 迈克劳林公式,指数函数 f(x) e 的 幂级数展开式为:
其,逼近情况如下图:
我们可以看到,随着幂级数项数的增加,在 x 0 附近的,蓝色的 幂级数 越来越逼近 绿色 的指数函数。同时,我们还发现,在 距离 x 0 很远的地方,幂级数项数少的时候,逼近情况并不好,这是 迈克劳林公式的一个局限!
迈克劳林公式的另外一个问题是,有些函数的 导数 在 x 0 处 没有意义,例如:函数 √x 的 导数是 1/2 √x。
为了弥补这两个缺陷,我们考虑 将 逼近中心,从 x 0 移动到 任意 x a,这时,我们每个函数项为:
然后,用与上面的一样的方法(只不过,每次带入 x a),可以求得系数为:
最后,得到:
这就是 泰勒公式。
利用 泰勒公式 就可以 得到 √x 在 x 1 处展开式了:
代入 x2 就可以得到 √2 的另外一种逼近:
综上,我们可以得出 小结论1:
泰勒公式就是 在 x a 点附近 利用幂函数序列 (x - a), (x - a)1, (x - a)2, (x - a)3, ... 来逼近 函数 f(x)。
由《平面解析几何》知,平面上的点和二维向量一一对应,所有这些二维向量组成一个二维向量空间,记为 R2 ,在这些二惟向量中, 单位向量 ε (1, 0),ε (0, 1) 分别指向 X 轴 和 Y 轴 的正方向。
对于 R2 中任意一个 向量 α (a, a),都有:
即,
这说明 任意一个 向量 α 都可以用 ε, ε 来表示,我们称 ε, ε 为向量空间 R2 的一组基,称这种表式为 线性表示。
基 ε, ε 和 坐标轴 X, Y 对应,线性表示的系数 a, a 就是 α 的坐标分量, (a, a) 就是 α 在 ε, ε 对应 坐标系 XY 中的 坐标。
类似地,以上模式,对于任意 n 维空间 R 同样适用。我们 只需 令 R 的 基 为:
ε (1, 0, ..., 0),ε (0, 1, 0, ..., 0), ..., ε_n (0, 0, ..., 1)
则, R 中 任意 n维向量 α ,都可以被线性表示为:
其中,系数 (a, a, ..., a_n) 为 α 在 ε, ε, ..., ε_n 对应坐标系中的 坐标。
不仅如此,我们还可以将有限维向量 α (a, a, ..., a_n) 升级为无限维 α (a, a, ...) ,无限维向量也就是序列,记为 α {a, a, ...},将全体序列记为 l。定义 无限个元素的基为:
ε {1, 0, ...}, ε {0, 1, 0, ...}, ...
则, l 中 任意序列 α {a, a, ...} ,都可以被线性表示为:
其中,系数 (a, a, ...) 为 α 在 ε, ε, ... 对应无限坐标系中的 坐标。
序列,α {a, a, ...},其实就是 正整数 Z 到 实数 R 的映射,α: Z → R,其中 Z 中的 正整数 作为 序列下标,任意给定 一个 下标 i ∈ Z 都可以通过 α 得到,序列的第 i 个 数字
考虑将 映射 α 的定义域,由 正整数 Z 变为 实数 R,这样 映射 α 就变成了 我们熟悉的 函数 f: R → R,我们将 区间 [a - b, a b] R 内 满足 一定条件 的全体 函数 组成 函数空间, 记为 L2[a - b, a b]。定义 无限个元素的基为:
ε (x-a), ε (x-a)1, ε (x-a)2, e (x-a)3, ...
则,函数空间 L2[a - b, a b] 中 任意 函数 f(x) 都可以 用 这一组基 来线性表示:
这就是 泰勒公式。
这个一定条件指的是:f(x) 在 区间 [a - b, a b] 内 2 次可 积分,即,
存在。(更准确的定义 必须使用测度论,这里就不引入了!)
当 a 0, b 1 时,空间 L2[-1, 1] 内 任意 函数 f(x) 都可以被 幂函数 基 x, x1, x2, x3, ... 线性表示为:
这就是 泰勒公式的特殊形式 迈克劳林公式。
注意:前面的 指数函数 f(x) e 满足 条件2,所以属于 L2[-1, 1] 于是可以被 迈克劳林公式 表示;而 函数 f(x) √x,在 [-1, 0) 没有定义 所以 不属于 L2[-1, 1] ,但是 它属于 L2[0, 2],所以才有前面的 泰勒公式 展开。
综上,我们可以得出 小结论2:
泰勒公式,
中的 幂函数 (x-a), (x-a)1, (x-a)2, (x-a)3,... 其实 是 无限维 函数空间 L2[a - b, a b] 的一组基,构成 L2[a - b, a b] 的一个无限坐标系,系数 (a, a, ... ) ,f(x) 在 这个坐标系中的 坐标。
(所谓通俗解释,就是非常个人化的理解,并不是非常严谨,以上仅仅是小石头的理解方式,写在这里起到抛砖引玉的作用,相信头条的各位老师会有更精彩的回答!)

高等数学a1a2有什么区别?

1, A1主要指的是微分,A2主要指的是积分,A3范围大一点:级数、复变函数、矩阵,概率论等等,
2,微积分(Calculus)是高等数学中研究函数的微分(Differentiation)、积分(Integration)以及有关概念和应用的数学分支。它是数学的一个基础学科。内容主要包括极限、微分学、积分学及其应用。微分学包括求导数的运算,是一套关于变化率的理论。它使得函数、速度、加速度和曲线的斜率等均可用一套通用的符号进行讨论。积分学,包括求积分的运算,为定义和计算面积、体积等提供一套通用的方法。