§ 7. Разложение по формуле Тейлора функций e^x, sin x, cos x
1. Разложение функции
. Находя последовательные производные от
, получим
Подставляя полученные выражения в формулу (10) § 6, будем иметь
Если
то, взяв
получим оценку остаточного члена:
При
получим формулу, позволяющую найти приближенное значение числа
:
производя вычисления в десятичных дробях с шестью десятичными знаками, а затем округляя результат до пяти десятичных знаков, найдем
Здесь погрешность не превосходит числа или 0,00001. Отметим, что, каково бы ни было
остаточный член
Действительно, так как
, то величина
при фиксированном
ограничена (она меньше
при
и меньше 1 при
).
Докажем, что, каково бы ни было фиксированное число х,
Действительно,
Если
- фиксированное число, то найдется такое целое положительное число N, что
Введем обозначение
тогда, заметив, что
можем написать при
и т.д.
потому что
Но величина
постоянная, т. е. не зависит от
стремится к нулю при
Поэтому
Следовательно,
при
Из предыдущего следует, что при любом
взяв достаточное число членов, мы можем вычислить
с любой степенью точности.
2. Разложение функции
. Находим последовательные производные от
Подставляя полученные значения в формулу (10) § 6, получим разложение функции
по формуле Тейлора:
Так как
при всех значениях
Применим полученную формулу для приближенного вычисления
Положим
, т. е. ограничимся двумя первыми членами разложения;
. Оценим сделанную погрешность, которая равна остаточному члену:
Следовательно, погрешность меньше 0,001, т. е.
с точностью до 0,001.
На рис. 97 даны графики функции
и первых трех приближений:
3. Разложение функции
Рис. 97.
Находя значения последовательных производных при
от функции
и подставляя в формулу Маклорена, получим разложение:
Здесь также
при всех значениях х.