125. Примеры.
Всего проще выглядит формула Тейлора, если
К этому частному случаю всегда можно свести дело, взяв
за новую независимую переменную.
Рассмотрим в виде примера некоторые конкретные разложения по этой формуле для элементарных функций.
1) Пусть
тогда
при любом
Так как в этом случае
то, по формуле (11),
2) Если
, так что
Поэтому, положив в формуле
имеем
3) Аналогично, при
Таким образом (если взять
4) Рассмотрим теперь степенную функцию
где
- не натуральное число и не нуль. В этом случае при
либо сама функция (если
либо ее производные (начиная с некоторого порядка, при
бесконечно возрастают. Следовательно, здесь уже нельзя брать
Возьмем
т. е. станем разлагать
по степеням
Впрочем, как уже упоминалось, можно ввести в качестве новой переменной
мы ее по-прежнему будем обозначать через х, и станем разлагать функцию
по степеням х.
Как мы знаем [116, 2)],
так что
Разложение имеет вид
В частности, например, при
будем иметь
Первое из этих разложений очень легко получается элементарно - дополнительный член здесь просто равен
Второе же и третье Потребовали бы более длинных выкладок [ср. 63].
5) Если перейти к логарифмической функции
которая стремится к
при
то, как и в предыдущем примере, мы предпочтем рассматривать функцию
и разлагать ее по степеням х.
Тогда [116, 3)]
Отсюда
6) Пусть теперь
. Мы имели в 118, 4) значения ее производных при х = 0:
так что ее разложение представится в виде
7) Для функции
закон образования коэффициентов в формуле Тейлора сложен. Тем не менее, несколько первых членов ее написать нетрудно. Так как, например,
то
так что
Пользуясь известными разложениями, можно, уже не вычисляя производных, непосредственно писать разложения и для более сложных функций. Например, предыдущая формула могла бы быть получена из разложений для
Приведем новые примеры; при этом все степени х, до назначенной включительно, мы будем точно учитывать, а более высокие степени (не выписывая их) будем сразу включать в дополнительный член.
8) Написать разложение функции
до
. В силу 1),
но, по 2),
так что
Член с
исчезает и, окончательно,
Аналогично,
9) Написать разложение функции
до члена с
Согласно 5),
При этом, ввиду 3),
отсюда
или - после приведения -
Аналогично,
и
Все эти разложения, полученные без непосредственного использования формулы Тейлора, могли бы, конечно, быть получены и по этой формуле, и притом -в точности с теми же коэффициентами, ввиду установленной выше единственности подобного разложения функции.
Замечание. Так как рассмотренные здесь функции имели в окрестности точки
производные всех порядков, то мы ничем не были стеснены в выборе числа
в формуле (11), т. е. могли продолжать разложения этих функций вплоть до любой степени х.