Ряд Тейлора
Определение
Предположим, что функция имеет непрерывную производную порядка
в интервале
, тогда интегрирование даст следующее понижение порядка,
Повторим интегрирование полученного результата,
И еще раз,
Наконец, после кратного интегрирования можно добраться и до самой функции,
Вложенный интеграл слева называется остаточным членом,
Привлекая теорему о среднем значении,
где , получим запись остаточного члена в форме Лагранжа
Тогда ранее выполненные преобразования, запишутся как
Заметим, что это выражение точное. Оно содержит все члены и при его получении не делалось никаких предположений. Вопрос о сходимости полученного ряда также не возникает, так как он конечен. Задача заключается только в выяснении величины остаточного члена.
Если,
то полученное разложение в ряд называется рядом Тейлора,
От точки , зависит область сходимости ряда Тейлора. При выборе в качестве точки
, получим ряд Маклорена.
Для примера, разложим в ряд Маклорена функцию .
Находим последовательные производные функции и значения в выбранной точке разложения,
Получим следующее разложение в ряд,
Следующий пример. Разложим в ряд функцию .
Получим,
Решение дифференциальных уравнений с помощью рядов
Функция называется аналитической в точке
, если
раскладывается в степенной ряд в некотором интервале
относительно точки
. В этом интервале,
где это коэффициенты ряда Тейлора,
Для решения обыкновенных дифференциальных уравнений, с заданными начальными условиями, можно применить следующие две теоремы.
Если и
аналитичны в точке
, тогда дифференциальное уравнение вида
имеет единственное решение, которое аналитично в точке .
Если ,
и
аналитичны в точке
, тогда дифференциальное уравнение вида
также имеет единственное решение, которое аналитично в точке .
Решение подобных уравнений с аналитическими коэффициентами заключается в подстановке,
в исходное уравнение и попытке определить чему равны коэффициенты .
Для решения линейного уравнения, чаще всего проще считать коэффициенты неопределенными и непосредственно подставлять следующий ряд,
в дифференциальное уравнение, приравнивая коэффициенты стоящие при одинаковых степенях попытся найти значения коэффициентов.