麦克劳林级数(Maclaurin series)是函数在x=0处的
泰勒级数,它是
牛顿(I.Newton)的学生
麦克劳林(C.Maclaurin)于1742年给出的,用来证明
局部极值的充分条件,他自己说明这是泰勒级数的特例,但后人却加了麦克劳林级数这个名称。
基本介绍
对于一个给定的函数f(x),如果能找到一个幂级数 ,使
成立,则称f(x)可展开成x的幂级数。但要将f(x)展开成x的一个幂级数,需解决两个以下问题:
(1)如何确定式(1)中的系数 ?
(2)按所求得的系数,这个幂级数在它的收敛域内的和函数是否就是f(x)?
先解决问题(1),不妨设式(1)成立。那么。根据幂级数可以逐项求导的性质,依次求出式(1)中的各阶导数:
把x=0代人式(1)及上述各式,得
于是
把它们代回式(1),得
通常称式(2)为f(x)的麦克劳林展开式或f(x)在x=0处的幂级数展开式。式(2)中等号右端的级数称为f(x)的麦克劳林级数或f(x)展开成x的幂级数。
至于问题(2)。只要证明其余项满足即可(证明略)。
下面考虑在什么条件下,函数f(x)能展开成麦克劳林级数。
可见,按公式求得系数的幂级数在它的收敛域内的和函数就是f(x)。
麦克劳林级数展开的条件及方法
定理1设函数f(x)的麦克劳林级数的收敛半径R>0,当n→∞时,如果函数f(x)在任一固定点x处的n阶导数f(n)(x)有界,则函数f(x)在收敛区间(-R,R)内能展开成麦克劳林级数。即
把函数f(x)展开成幂级数,有直接展开法和间接展开法。
直接展开法
利用麦克劳林级数公式将函数f(x)展开成x的幂级数的方法,称为直接展开法。步骤可归纳为:
(1)求出f(x)的各阶导数,令得
(2)写出f(x)的麦克劳林级数
并求出收敛半径R。
间接展开法
利用麦克劳林级数展开函数,需要求高阶导数,比较麻烦,如果能利用已知函数的展开式,根据幂级数在收敛域内的性质,将所给的函数展开成幂级数,这种方法称为间接展开法。