常用十个麦克劳林公式

教育知识 2026-02-19 22:00:48 夏侯瑞国

常用十个麦克劳林公式】在数学分析中,麦克劳林公式是泰勒展开式在 $ x = 0 $ 处的特例,常用于近似计算和函数展开。掌握常用的麦克劳林展开式对理解函数性质、进行数值计算以及解决工程问题具有重要意义。以下列出十个常见的麦克劳林公式,并以表格形式进行总结。

一、麦克劳林公式的定义

麦克劳林公式是将一个可导函数 $ f(x) $ 在 $ x = 0 $ 处展开为无穷级数的形式,其一般表达式为:

$$

f(x) = f(0) + f'(0)x + \frac{f''(0)}{2!}x^2 + \frac{f^{(3)}(0)}{3!}x^3 + \cdots + \frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n + \cdots

$$

当 $ f(x) $ 具有任意阶导数时,可以将其展开为幂级数,即麦克劳林级数。

二、常用十个麦克劳林公式(总结)

函数 麦克劳林展开式 收敛区间
$ e^x $ $ 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots + \frac{x^n}{n!} + \cdots $ $ (-\infty, +\infty) $
$ \sin x $ $ x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \frac{x^7}{7!} + \cdots + (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!} + \cdots $ $ (-\infty, +\infty) $
$ \cos x $ $ 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \frac{x^6}{6!} + \cdots + (-1)^n \frac{x^{2n}}{(2n)!} + \cdots $ $ (-\infty, +\infty) $
$ \ln(1+x) $ $ x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \frac{x^4}{4} + \cdots + (-1)^{n-1} \frac{x^n}{n} + \cdots $ $ (-1, 1] $
$ \arctan x $ $ x - \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} - \frac{x^7}{7} + \cdots + (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{2n+1} + \cdots $ $ [-1, 1] $
$ \arcsin x $ $ x + \frac{1}{2} \cdot \frac{x^3}{3} + \frac{3}{8} \cdot \frac{x^5}{5} + \cdots $ $ [-1, 1] $
$ (1+x)^k $ $ 1 + kx + \frac{k(k-1)}{2!}x^2 + \frac{k(k-1)(k-2)}{3!}x^3 + \cdots $ $ x < 1 $
$ \frac{1}{1-x} $ $ 1 + x + x^2 + x^3 + \cdots + x^n + \cdots $ $ x < 1 $
$ \frac{1}{1+x} $ $ 1 - x + x^2 - x^3 + \cdots + (-1)^n x^n + \cdots $ $ x < 1 $
$ \sinh x $ $ x + \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} + \cdots + \frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!} + \cdots $ $ (-\infty, +\infty) $

三、说明与应用

以上十个麦克劳林公式涵盖了指数函数、三角函数、反三角函数、对数函数及双曲函数等常见函数的展开形式。它们在数学、物理、工程等领域广泛应用,例如:

- 近似计算:利用前几项展开来估算函数值;

- 微分方程求解:通过展开式构造级数解;

- 数值积分:将复杂函数转换为多项式形式便于计算;

- 理论研究:分析函数在原点附近的局部行为。

四、结语

掌握这些基本的麦克劳林公式有助于提高对函数展开的理解能力,也为后续学习傅里叶级数、偏微分方程等打下坚实基础。建议结合实际问题进行练习,加深记忆与应用能力。

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