高数——泰勒级数和傅里叶级数

泰勒级数: 就是用无穷级数去逼近一个光滑函数。当x_{0} =0时,就转变为麦克劳林公式。

f ( x ) = \sum _ { n = 0 } ^ { N } \frac { f ^ { ( n ) } ( x _ { 0 } ) } { n ! } ( x - x _ { 0 } ) ^ { n } + R _ { n } ( x )
,条件:f(x)在x=x0处有任意阶导数,n+1阶可导

拉格朗日余项:n+1阶项;皮亚诺余项:o((x-x_{0} )^n )

泰勒公式和拉格朗日中值定理的关系:拉格朗日中值定理是n=0时的泰勒公式(带拉格朗日余项)。

泰勒公式的应用:①可以把复杂函数拆分为多项式的近似函数,便于用计算机求解;②用来推导欧拉公式(把e^x展开,令 x=i\theta,比较sinx和cosx的展开式)。


傅里叶级数:任何周期函数都可以用正弦函数余弦函数构成的无穷级数来表示。

f ( x ) = \frac { a _ { 0 } } { 2 } + \sum _ { n = 1 } ^ { \infty } ( a _ { n } \cos n x + b _ { n } \sin n x )
,其中:\left. { a _ { n } = \frac { 1 } { \pi } \int _ { - \pi } ^ { \pi } f ( x ) \cos n x d x } \\ { b _ { n } = \frac { 1 } { \pi } \int _ { - \pi } ^ { \pi } f ( x ) \sin n x d x } \right.

泰勒级数与傅里叶级数的关系:傅里叶级数以三角函数为基底,基有正交性;泰勒级数以幂函数为基底,没有正交性。(正交性:任意两个不同函数的乘积在[-π,π]上的积分值为0.)

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