泰勒公式04泰勒公式的幾何意義圖7。首先,觀察√2無限逼近形式(1),我們可這樣理解,利用泰勒公式就可以得到√x在x=1處展開式了,泰勒公式就是在x=a點(diǎn)附近利用冪函數(shù)序列(x-a)?,(x-a)1,(x-a)2,(x-a)3,...來逼近函數(shù)f(x)。
1、泰勒公式該怎么理解?
01開場白自從我努力將所學(xué)知識(shí)以動(dòng)圖的形態(tài)呈現(xiàn)給大家之后,我驚喜的發(fā)現(xiàn)我對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解變得更加的透徹了。這難道就是:予人玫瑰,手留余香!泰勒公式是非常非常重要的一個(gè)工具,同時(shí)也是不容易理解消化的知識(shí)點(diǎn),如果你認(rèn)為這篇文章講解的好,請(qǐng)分享給身邊的大學(xué)生,不管是親戚、朋友。02cos(x)在0點(diǎn)附近的泰勒分解當(dāng)我們仔細(xì)觀察g(x)=cos(x)函數(shù)的時(shí)候,當(dāng)x=0處的圖形和拋物線的圖形(紅色)相似度極高,
紅色拋物線的公式可表示如下:當(dāng)x=0時(shí),g(0)=cos(0)=1。我們的目的是將拋物線f(x)和cos(x)的圖形盡量逼近,那么,在x=0時(shí),f(0)=g(0)=1。x=0處值上圖所示,在我們定下c=1的情況下,第二項(xiàng)中a的值將會(huì)對(duì)拋物線在x=0處切線斜率產(chǎn)生影響,
cos(x)在x=0出的圖形切線斜率為0(紅線所示)。自然,我們也需要將拋物線在x=0處切線斜率逼近0,切線的斜率=切線函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)一階導(dǎo)數(shù)我們需要保證f(x)和g(x)在x=0處的切線斜率相等,那么a=0。圖2:拋物線變換(二)上圖所示拋物線公式中b對(duì)于圖形形狀的影響,
二階導(dǎo)數(shù)是個(gè)很抽象的概念,有的表達(dá)式切線斜率的變化率。這并不方便記憶,所以我們可以結(jié)合導(dǎo)數(shù)的物理意義來幫助記憶,路程S的一階導(dǎo)數(shù)對(duì)應(yīng)速度V;路程S的二階導(dǎo)數(shù)對(duì)應(yīng)速度α;圖3:拋物線變換(三)我們分別在兩個(gè)圖形上定兩個(gè)小球,由于兩個(gè)圖形的一階導(dǎo)數(shù)(速度)為0,也就是初始速度都是0。之后,我們可以清楚的看到,紅色曲線上的小點(diǎn)運(yùn)動(dòng)加速度要大于藍(lán)色曲線上的小點(diǎn),
這就是拋物線公式中b對(duì)整體的影響。知道這一點(diǎn)后,我們就可以通過二階導(dǎo)數(shù)相等去求出b了,二階導(dǎo)數(shù)如上所示,2b=-1,b=-0.5。所以拋物線的方程可以如下表示:f(x)=1-0.5*x^2圖4:拋物線變換(四)03結(jié)果驗(yàn)證我們得到了cos(x)在x=0處的泰勒公式近似公式,那么是不是可以用該公式求cos(x)的近似值呢?當(dāng)x=0.1時(shí):cos(0.1)=0.9959941651-0.5*x^2=0.995當(dāng)x=0.5時(shí):cos(0.5)=0.8775825621-0.5*x^2=0.875我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)x的取值離x=0越來越遠(yuǎn),則誤差越來越大,
從圖4中也能看出,藍(lán)色和紅色小球之間的距離越來越遠(yuǎn)。這不代表我們的公式有問題,是因?yàn)槲覀兊墓酵茖?dǎo)過程本身就是基于x=0附近的點(diǎn)的近似求解,自然x的值里0點(diǎn)越遠(yuǎn)越不準(zhǔn)。那么怎么樣提高精度呢?我們可以不斷的在公式后面增加更高次冪的式子,我們一起來看看我們不斷增加高次冪之后,兩個(gè)圖形的重合度有什么變化吧。
圖5:拋物線變換(五)在x取別的值的時(shí)候,我們依然可以按照上述過程進(jìn)行泰勒展開,當(dāng)我們?cè)趚=π的時(shí)候做泰勒展開,圖形會(huì)如圖6般美妙。圖6:拋物線變換(六)泰勒公式通式:泰勒公式04泰勒公式的幾何意義圖7:泰勒公式幾何意義那么,藍(lán)色、紅色和綠色的面積分別為多少呢?也就是說,泰勒公式中第一項(xiàng)為藍(lán)色的面積區(qū)域;第二項(xiàng)為紅色的面積區(qū)域;第三項(xiàng)為綠色的面積區(qū)域;依次類推,不斷增進(jìn)精度,
2、如何通俗的解釋泰勒公式?