📝 泰勒展开


泰勒级数是一种可以把复杂函数表示成多项式函数的方法,其实就是一种多项式拟合。泰勒展开经常用于在现实问题中从一点的信息来得出相邻点的信息。

下图表示了某物理量𝒚随空间距离𝒙的变化规律。当𝒚相对𝒙连续可微时,使用泰勒展开完全可以根据𝑶点处的信息来估计相邻点𝑨的数值。例如,仅仅使用𝑶点处的值𝒚𝐎和斜率\({(\text{d}y}/{\text{d}x}\;{{)}_\text{O}}\),就可以估计出𝑨点的数值为

\[{{y}_{\text{A}}}={{y}_{\text{O}}}+{{\left( \frac{\text{d}y}{\text{d}x} \right)}_{\text{O}}}\Delta x\]
图1 泰勒展开示意图

很显然这种估计只有当𝒚随𝒙的变化是线性时才是精确的,所以泰勒展开还有无穷多的高次项,用二次、三次和更高次的项来模拟曲线从𝑶点到𝑨点的走势。因此,即使物理量的变化规律不是线性,只要两点距离足够近,泰勒展开也是足够精确的。当距离𝑶𝑨趋向于无穷小时,只用线性来表示就足够了。力学中推导微分方程时都是针对微元体进行的,一般都采用线性关系式,忽略二阶以上的小量。个别情况处理有限小的尺度时,会用到二次及以上的项。

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