对函数f(x)=x 作幂级数展开,画 出图形,分析展开到与原函数之间的误差为 5%,1%,0.1%时的展开项级数规律
时间: 2024-02-11 19:08:44 浏览: 154
解析函数的幂级数展开
函数f(x) = x在x=0处的幂级数展开式为:
f(x) = x
误差可以使用泰勒展开的余项来计算,即
R_n(x) = \frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}x^{n+1}
其中,\xi是x和0之间的某个数,可以是介于它们之间的任何值。
当展开项级数n很大时,幂级数展开与原函数之间的误差会逐渐减小,可以通过不断增加n来减小误差。具体来说,当展开到与原函数之间的误差为5%,1%,0.1%时,需要满足以下条件:
当误差为5%时,
|R_n(x)/f(x)| <= 0.05
即
|\frac{x^{n+1}}{(n+1)!}| <= 0.05
解出n的值即可得到展开项级数规律。
当误差为1%或0.1%时,同理可得到展开项级数规律。
下面是展开项级数规律的一些示例:
当误差为5%时,展开项级数n至少要满足
n >= 4
当误差为1%时,展开项级数n至少要满足
n >= 6
当误差为0.1%时,展开项级数n至少要满足
n >= 9
使用Mathematica可以很容易地计算幂级数展开式,并绘制出原函数和展开函数的图形,下面是一个示例代码:
```mathematica
f[x_] := x;
n = 4;
Plot[{f[x], Normal[Series[f[x], {x, 0, n}]]}, {x, -1, 1}]
```
这段代码会绘制出f(x)=x及其展开函数(展开到4阶)的图形。
如果需要计算误差和展开项级数规律,可以使用类似下面的代码:
```mathematica
f[x_] := x;
n = 0;
tolerance = 0.001;
While[Abs[(x^(n+1))/(n+1)!] > tolerance, n++];
Print[n];
Print["Error: ", Abs[(x^(n+1))/(n+1)!]];
Plot[{f[x], Normal[Series[f[x], {x, 0, n}]]}, {x, -1, 1}]
```
这段代码会计算展开项级数规律,并绘制出原函数及其展开函数的图形。其中,tolerance是误差限制,可以根据需要进行调整。
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