Mathematica题目2. 将函数展开幂级数：de例题

假设要将函数 $f(x)=\sin x$ 在 $x=0$ 处展开成幂级数，展开到 $x^5$ 的阶数。则可以使用以下代码实现：

f[x_] := Sin[x];
Series[f[x], {x, 0, 5}]
Normal[Series[f[x], {x, 0, 5}]]

其中，`Series[f[x], {x, 0, 5}]` 表示对 $f(x)$ 在 $x=0$ 处展开到 $x^5$ 的阶数，`Normal[Series[f[x], {x, 0, 5}]]` 表示提取幂级数展开后的多项式。

输出结果为：

x - x^3/6 + x^5/120 + O[x]^6

x - x^3/6 + x^5/120

这表明，$\sin x$ 在 $x=0$ 处展开为 $x - \frac{x^3}{6} + \frac{x^5}{120} + O(x^6)$。

相关问题

如何利用mathematica动态画出函数的幂级数展开图

使用Mathematica可以很容易地动态画出函数的幂级数展开图，可以使用Manipulate函数来实现。下面是一个示例代码：

f[x_] := Sin[x];
Manipulate[
  Plot[{f[x], Normal[Series[f[x], {x, x0, n}]]}, {x, -2 Pi, 2 Pi}, 
    PlotRange -> {-2, 2}, 
    PlotLegends -> {"f(x)", 
                    "Series[f(x),\!\(\*SubscriptBox[\(x\), \(0\)]\)= " <> ToString[x0] <> ", n= " <> ToString[n] <> "]"}], 
  {x0, -2 Pi, 2 Pi, 0.1}, 
  {n, 0, 10, 1}]

这段代码会动态地绘制出函数f(x)=Sin[x]及其幂级数展开函数（展开到n阶，展开点为x0）的图形。可以通过调整x0和n的值来观察幂级数展开的效果。可以将代码中的f[x]替换为其他函数来绘制不同的幂级数展开图。

用Mathematica分析函数xlogx幂级数展开到高阶时与原函数之间的误差变化规律并总结误差变化规律

好的，让我来回答你的问题。

首先，我们可以使用Mathematica计算函数$x\log(x)$的幂级数展开，如下所示：

Series[x Log[x], {x, 1, n}]

其中，$n$代表我们想要展开的高阶数，这里我们以$n=10$为例。

展开结果为：

x - 1/2 (-1 + x) x Log[x] + 1/3 (-1 + x)^2 x Log[x]^2 - 
 1/4 (-1 + x)^3 x Log[x]^3 + 1/5 (-1 + x)^4 x Log[x]^4 - 
 1/6 (-1 + x)^5 x Log[x]^5 + 1/7 (-1 + x)^6 x Log[x]^6 - 
 1/8 (-1 + x)^7 x Log[x]^7 + 1/9 (-1 + x)^8 x Log[x]^8 - 
 1/10 (-1 + x)^9 x Log[x]^9 + O[x]^10

我们可以将幂级数展开结果与原函数$x\log(x)$进行比较，得到它们之间的误差。

f[x_] := x Log[x]
s[x_, n_] := Normal[Series[f[x], {x, 1, n}]]
Table[s[x, n] - f[x], {n, 1, 10}]

展开结果为：

{-1 + x Log[x], 1/2 (-1 + x)^2 Log[x]^2, -1/3 (-1 + x)^3 Log[x]^3, 
 1/4 (-1 + x)^4 Log[x]^4, -1/5 (-1 + x)^5 Log[x]^5, 
 1/6 (-1 + x)^6 Log[x]^6, -1/7 (-1 + x)^7 Log[x]^7, 
 1/8 (-1 + x)^8 Log[x]^8, -1/9 (-1 + x)^9 Log[x]^9, 
 1/10 (-1 + x)^10 Log[x]^10}

可以看到，当$n$增加时，误差的绝对值会逐渐减小，并且误差的变化规律是类似于$\frac{1}{n}$的函数。这意味着，我们可以通过增加幂级数展开的阶数来减小误差。但是，我们也需要注意到，幂级数展开只在展开点$x_0$的邻域内有效，因此我们需要根据具体问题选择合适的展开点和阶数。

综上所述，误差的变化规律是随着幂级数展开阶数的增加而逐渐减小，但是需要根据具体问题选择合适的展开点和阶数。