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泰勒公式可以干什么(泰勒公式有什么神奇作用)

时间:2023-07-27 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 生活百科

在高等数学教科书上,“泰勒公式”不仅看起来吓人,而且来得非常突然,泰勒公式它好像是无缘无故突然从石头缝里蹦出来的一个概念,但真相完全不是这样。泰勒公式本质上是一种“幂级数”,它将复杂的运算,统一成为“代数加减乘除”运算。因此,泰勒公式可以将运算本身“质的复杂度”,转换为“量的复杂度”,并进行估算。计算机可以算加减乘除,泰勒公式正好提供了“一堆”加减乘除。

在高等数学教科书上,“泰勒公式”不仅看起来吓人,而且来得非常突然,

泰勒公式

它好像是无缘无故突然从石头缝里蹦出来的一个概念,但真相完全不是这样。

老板的计算问题

假设我们出身在两百年前,没有电子计算器。

我们的老板遇到一个工程问题,比如桥梁设计,要求我们计算Sin31.1°等于多少,而且要求结果精确到小数点后三位。

按照三角公式的定义,我们得用量角器画图,然后用直尺测量边长,再计算直角边a除以斜边c。

这不仅麻烦,而且精度说不清,谁都不知道我们画的直角到底有多直,这种计算方法根本无法定量评估结果的精度。

神奇拆解

现在,有了泰勒展开公式,我们可以直接将Sin x“拆解成一堆”关于x的加减乘除运算(x使用弧度):

sinx的泰勒展开

注意,这里不是约等于,是“完美的”等于,只不过,后面是无穷多项累加。

但是,我们也不需计算无穷多项,因为,后面的高次项对于结果的“贡献”越来越小,因此,我们往往只需计算前若干项即可,比如前三项:

尾巴直接扔掉,虽然会造成误差,但余项都是比x^5高阶的无穷小,因此可以得出:

使用前三项估算

而且,估算造成的误差不会超过:

展开的优势

经过这么一番折腾,即使在没有电子计算器的情况下,我们通过手算加减乘,也可以“控制”结果的精度。

老板要求多高的精度,就可以有多高的精度,我们对着泰勒公式,在草稿纸上一直往后计算即可。

泰勒公式本质上是一种“幂级数”,它将复杂的运算,统一成为“代数加减乘除”运算。

因此,泰勒公式可以将运算本身“质的复杂度”,转换为“量的复杂度”,并进行估算。

计算机中的应用

现代编程语言中,很多库函数,就是通过泰勒展开实现计算的。

计算机可以算加减乘除,泰勒公式正好提供了“一堆”加减乘除。


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