(注 :需理解 有限增量定理 即拉格朗日中值定理 :https://www.zhihu.com/search?type=content&q=%E6%8B%89%E6%A0%BC%E6%9C%97%E6%97%A5%E4%B8%AD%E5%80%BC)
第一次见到泰勒展开式的时候,我是崩溃的。泰勒公式长这样:
好奇泰勒是怎么想出来的,我想,得尽量还原公式发明的过程才能很好的理解它。
首先得问一个问题:泰勒当年为什么要发明这条公式?
因为当时数学界对简单函数的研究和应用已经趋于成熟,而复杂函数,比如:
这种一看就头疼的函数,还有那种根本就找不到表达式的曲线。除了代入一个x可以得到它的y,就啥事都很难干了。所以泰勒同学就迎难而上!决定让这些式子统统现出原形,统统变简单。
让我们沿着泰勒同学(假装泰勒是这么想的)的思路来:
要让一个复杂函数变简单,能不能把它转换成别的表达式?比如函数
,怎么看都看不出思路,怎么办呢?我们先不要一口吃掉它,可以先从它最小的部分算起,比如说一个点
。可以得到:
。暂时看不出有什么规律。那就继续增大研究的对象,比如说
的领域
,
。可以得到:
,其中,
,
。好像还是看不出什么规律?然鹅,聪明的泰勒早以看穿一切。因为
,所以原式可以化为:
。所以泰勒想是不是这样:
,即
。嗯先假设是这样,然后泰勒同学决定验证一下。先求个导试试:
。对了,泰勒同学很激动!继续求:
,咦,不对了。那说明有了一些问题。仔细分析一下问题在哪呢?我们可以尝试把
拆开来:
,然后分析他们之间有什么共性。让我们对
进行求导看看:一阶导:
,嗯多了个
。二阶导:
,多了
。好像有点规律了,
......
m阶导:
阶导:0。
是一个常数,所以对
求导就是0了。这里规律很明显了,m阶导以后都是0!但是m阶导以前呢?还是蛮复杂的,不过不用担心,因为
,即
,所以m阶导以前也都是0,而m阶导就是
。perfect!这样就很清晰了:对
求m阶导为
。但是我们想要的值是
,那就把给m!除掉!即乘于一个
,所以
,证明完毕。泰勒同学很开心!