有一个会泰勒级数的八岁表妹是怎样一种体验?
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爆炸吧知識
上一篇文章超模君給大家介紹了歐拉公式,很多粉絲問我:八歲表妹明明還是小學生,是怎么知道泰勒級數的意思的?
答案其實很簡單,這當然和我們全家優秀的基因...不!優良的家教有關!
那天,我正在房間休息,表妹一看我沒在忙,立刻蹦蹦跳跳地跑過來,手里還拿著一張卡牌,纏著我給她講講這個數學家的故事。
我拿起卡牌一看,這不是泰勒么?
點擊圖片,獲取表妹同款卡牌
接著,我就給表妹講了一下泰勒生平的成就,不料表妹聽完之后,皺起了眉頭:聽你這么說,這人也沒有多厲害啊,沒意思!
超模君聽完,內心再次炸裂,作為我超模君的表妹,居然視泰勒級數為無物,不要你這個表妹也罷!
隨后在表妹的苦苦哀求下,我還是認回了她,并拉著她,手把手開始講起了泰勒級數。
有一天,泰勒正在專心致志地做著數學題,結果不知不覺就到晚上了,肚子餓得咕咕叫,卻沒做完幾道題。
他發現,自己每次解一些復雜的函數,都不能又快又準地得到函數值,這讓他相當地納悶。
突然,他靈機一動,假如把一切函數表達式都轉化為多項式得到近似值,這樣處理問題不就簡單了嗎?
于是,他先隨手寫下一個冪級數:
接著,他假設x=a,再分別求出C0、C1、C2、C3的值:
當x=a時,可以得到C0為:
接著再求C1,先進行一階導數,可以得到
于是,就可以推出C1為:
以此類推,求C2時再進行二階導數,可以得到
最后推出C2為:
就這么一項一項地算下來之后,泰勒再將它一歸納,Amazing!
泰勒得到這個公式后,沒有高興太久,而是立刻把它放到三角函數中進行驗證。
當f(x) = cosx時,已知cos的導數為-sin,sin的導數為cos,因此可以得到它們的各階導數為:
再稍微一整理,就得到了和原來類似的式子:
這時,再令a=0,神奇的事情發生了!雖然還是一項一項,但式子已經變得極其簡約!
聽到這里,表妹不滿意地撇撇嘴:“表哥你說了這么久,我還是沒有感覺到這個公式厲害在哪嘛!”
我:“還沒講完呢!接下來就是見證奇跡的時刻了!
我們將cos(x)的值用紅線在坐標軸表示出來,接著再用藍線表示用泰勒級數算出的近似值,表妹你看看,是不是級數越大,它們兩個就越相似?”
“哇!表哥!真的耶!”
“這還沒完呢,我們可以再拿e的平方來測試一下,e約等于2.71828,在計算器算一下,可以算出e的平方等于7.389056....
接著,我們再用泰勒級數算一遍,e的泰勒級數是這樣表示的:
令x=2,運算至不同級數,分別可以得到下面的近似值,也就是說,越往下計算,得到的結果就會越接近,這就是泰勒級數的威力!
8歲表妹:哇!這下我明白泰勒他有多厲害了。那泰勒級數這么方便,大家一定經常用它來計算吧?
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我:沒錯!泰勒級數會經常在數學物理類的學習中與我們相遇,因為它在數學中是一種極其強大的函數近似工具。
?
像咱們平時用的電腦,經常要用到開方和冪次計算,程序員教“它”泰勒級數的方法,電腦就能計算得更快,節省更多的時間,類似實用的例子還有很多很多...
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化繁為簡,化難為易,這就是泰勒級數的美妙之處。
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總結
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