Wzór Taylora
Wzór Taylora umożliwia przedstawienie funkcji (n+1)-razy różniczkowalnej jako sumy wielomianu n-tego stopnia oraz reszty. Został nazwany na cześć angielskiego matematyka Brooka Taylora, który opublikował na ten temat pracę w 1715 roku. Jego koncepcja była jednak znana już wcześniej, dzięki Jamesowi Gregory’emu.
Twierdzenie Taylora
Niech będzie funkcją różniczkowalną (n+1)-razy w sposób ciągły na przedziale . Wówczas dla punktu z przedziału zachodzi wzór Taylora:
gdzie jest resztą Peana i spełnia warunek
Reszty we wzorze Taylora
Resztę we wzorze Taylora można wyrazić na kilka sposobów:
- Reszta w postaci całkowej:
- Reszta w postaci Lagrange’a:
- Reszta w postaci Cauchy’ego:
- Reszta w postaci Schlömilcha-Roche’a:
Szacowanie reszty
Dla funkcji różniczkowalnej (n+1)-razy, jeśli istnieje dla którego , to możemy oszacować resztę:
Szereg Taylora
Jeśli funkcja ma pochodne dowolnego rzędu w punkcie , można rozważać szereg Taylora:
Funkcja jest analityczna w punkcie , jeśli szereg ten zbiega do w okolicy .
Przykłady rozwinięć w szereg Maclaurina
- Pierwiastek kwadratowy:
- Funkcja wykładnicza:
- Funkcje trygonometryczne:
Geneza wzoru Taylora
Aby uzyskać wzór Taylora, porównuje się wartości funkcji i jej pochodnych w punkcie . Wymaga to co najmniej (n+1) warunków, co prowadzi do układu równań, z którego oblicza się współczynniki wielomianu.
Przykład zastosowania
Obliczając wykorzystujemy znane wartości pochodnych funkcji w punkcie