在数学分析中,泰勒展开式是一种将函数表示为无穷级数的方法,它可以帮助我们更好地理解函数的性质和行为。以下是8个常用的泰勒展开式:
1. 指数函数 \( e^x \) 的泰勒展开式:
\[
e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots = \sum_{n=0}^\infty \frac{x^n}{n!}
\]
2. 正弦函数 \( \sin(x) \) 的泰勒展开式:
\[
\sin(x) = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \frac{x^7}{7!} + \cdots = \sum_{n=0}^\infty (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}
\]
3. 余弦函数 \( \cos(x) \) 的泰勒展开式:
\[
\cos(x) = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \frac{x^6}{6!} + \cdots = \sum_{n=0}^\infty (-1)^n \frac{x^{2n}}{(2n)!}
\]
4. 自然对数函数 \( \ln(1+x) \) 的泰勒展开式(当 \(|x|<1\) 时):
\[
\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \frac{x^4}{4} + \cdots = \sum_{n=1}^\infty (-1)^{n+1} \frac{x^n}{n}
\]
5. 幂函数 \( (1+x)^a \) 的泰勒展开式(二项式定理):
\[
(1+x)^a = 1 + ax + \frac{a(a-1)}{2!}x^2 + \frac{a(a-1)(a-2)}{3!}x^3 + \cdots
\]
6. 反正切函数 \( \arctan(x) \) 的泰勒展开式(当 \(|x| \leq 1\) 时):
\[
\arctan(x) = x - \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} - \frac{x^7}{7} + \cdots = \sum_{n=0}^\infty (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{2n+1}
\]
7. 反双曲正弦函数 \( \text{arsinh}(x) \) 的泰勒展开式:
\[
\text{arsinh}(x) = x - \frac{x^3}{6} + \frac{3x^5}{40} - \frac{5x^7}{112} + \cdots
\]
8. 反双曲正切函数 \( \text{artanh}(x) \) 的泰勒展开式(当 \(|x|<1\) 时):
\[
\text{artanh}(x) = x + \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} + \frac{x^7}{7} + \cdots = \sum_{n=0}^\infty \frac{x^{2n+1}}{2n+1}
\]
这些泰勒展开式在微积分、物理学和工程学中有着广泛的应用,能够帮助我们简化复杂的函数计算和分析。掌握这些公式对于深入学习数学及相关领域非常重要。