Taylor 級数


関数 \( \displaystyle f(x)\) の \( \displaystyle x=a+h\) に於ける値 \( \displaystyle f(a+h)\) を,\( \displaystyle x=a\) での情報を使って,\( \displaystyle h\) の多項式によって近似するのが Taylor の定理である。

Taylor の定理

ここで,\( \displaystyle o(h^n)\) は,\( \displaystyle f(a+h)\) を\( \displaystyle h\) の \( \displaystyle n\) 次式で近似した場合の「誤差」に相当するものであり, \( \displaystyle h \to 0\) とするときに \( \displaystyle h^n\) に比べて殆ど無視できるくらいに小さな値である。


とくに \( \displaystyle n \to \infty \) のときに誤差部分 \( \displaystyle o(h^n) \) が 0 に収束する場合,次のように \( \displaystyle f(x)\) の \( \displaystyle x=a\) におけるTaylor 級数を得る。

Taylor 級数


Taylor 級数の例と,近似の様子

以上により,求める Taylor 級数は,

となる。

\( \displaystyle y=f(x)\) のグラフ[青い曲線] と, \( \displaystyle y= \)(右辺の \(\displaystyle n \) 次以下の項: \( \displaystyle n =0,1,2,3,4,5 \) ) のグラフ [赤い曲線] とを重ね合わせてアニメーションにすると以下のようになる。 \( \displaystyle n=5 \) くらいになると,\( \displaystyle x=0 \) の近くで非常に良い近似を与えていることがわかるであろう。


よって,求める Taylor 級数は

となる。上と同じく,次第に近似してゆく( \( \displaystyle n=15\) まで )様子をアニメーションで示すと以下のようになる。