Ряды Тейлора

Пусть функция f(x) имеет в окрестности точки производные любого порядка. Поставим ей в соответствие степенной ряд:

~

(1)

Этот ряд называется рядом Тейлора функцииf(x) в точке .

Если , то ряд Тейлора имеет вид:

~ (2)

и называется рядом Маклорена.

Радиус сходимости степенного ряда (1) может быть как равным 0, так и отличным от 0, причём в последнем случае сумма S(x) ряда Тейлора может не совпадать с f(x).

Необходимо выяснить вопрос о том, когда в соотношении (1) можно поставить знак равенства, то есть когда ряд Тейлора сходится к функции, для которой он составлен.

Если S(x)= f(x) на , то говорят, что функцияf(x) разложима в ряд Тейлора в окрестности точки .

Обратимся к следующей теореме.

Теорема 23:

Для того, чтобы бесконечно дифференцируемая в окрестности точки функция f(x)разлагалась в ряд Тейлора в окрестности этой точки, необходимо и достаточно, что бы для

Частичные суммы ряда (1) представляют собой многочлены Тейлора функции f(x)точке . Выпишем последовательность частичных сумм

;

;

;

…………………………………………….

Если ряд сходится к функции f(x)., справедливо равенство

Откуда следует, что

Обратим внимание на то, что в формуле (1) участвует остаточный член ряда Тейлора, а не остаточный член формулы Тейлора. (В общем случае они различны).

Остаток формулы Тейлора представим в одном из следующих видов:

Форма Лагранжа:

где .

Форма Пеано:

.

На практике часто используется следующий достаточный признак разложимости функции в ряд Тейлора:

Теорема :

Если для все производные функции f(x). ограничены одной и той же константой M, то ряд Тейлора (1) сходится к функции f(x).в интервале .

Доказательство:

Возьмём остаточный член формулы Тейлора в форме Лагранжа:

При

Числовой ряд – сходится так как

Следовательно, на основании необходимого признака сходимости ряда:

при .

Определение Действительную функцию f(x). действительного переменного называют аналитической в точке , если она определена в некоторой окрестности этой точки, и её можно представить некоторым сходящимся степенным рядом:

Такое представление аналитической функции называют её разложением в степенной ряд в окрестности точки .

Следующая теорема показывает, что разложение аналитической функции в степенной ряд единственно и этим рядом является её ряд Тейлора.

 

Теорема. Если в некоторой окрестности точки х для функции f(x). справедливо разложение

то функция f(x). бесконечно дифференцируема в этой окрестности и

Доказательство:

Пусть - некоторое разложение функции f(x). в степенной ряд в окрестности точки и R радиус сходимости этого ряда. Тогда . Согласно свойствам степенного ряда этот ряд можно почленно дифференцировать в интервале сходимости любое число раз. Поэтому для имеем

То есть

………………………………………………………………..

Полагая в этих равенствах получаем:

……………………..

…………………………..

Т.е.

Таким образом, аналитическую в точке функцию можно определить как функцию, которая в некоторой окрестности точки является суммой своего ряда Тейлора.

 








Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 824;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.027 сек.