f(x) のテイラー展開
f(x) 〜
c0
+ c1(x-a)
+ c2(x-a)2
+ c3(x-a)3
+ c4(x-a)4
+ ...
の係数
c0,
c1,
c2,
c3,
... を求める式
cn = f(n)(a)/n!
は どうやってでてくるのでしょう。
まず
c0
を求めてみましょう。
f(x) 〜
c0
+ c1(x-a)
+ c2(x-a)2
+ c3(x-a)3
+ c4(x-a)4
+ ...
+ cn(x-a)n
+ ...
の x に a を代入してみると、
f(a) 〜
c0
+ c1(a-a)
+ c2(a-a)2
+ c3(a-a)3
+ c4(a-a)4
+ ...
+ cn(a-a)n
+ ...
となり、a - a =0 ですから、あっさり
c0 = f(a)
ということがわかりました。
次に
c1
を求めてみましょう。
x にいきなりaを代入したのでは、
c1の項まで消えてしまって困りますね。
こんなとき、代入する前に一度 元の式
f(x) 〜
c0
+ c1(x-a)
+ c2(x-a)2
+ c3(x-a)3
+ c4(x-a)4
+ ...
+ cn(x-a)n
+ ...
を微分して見ると
f'(x) 〜
0
+ c1
+ 2 c2(x-a)
+ 3 c3(x-a)2
+ 4 c4(x-a)3
+ ...
+ n cn(x-a)n-1
+ ...
となり、c1が(x-a)無しの形で出てきました。
ここでxにaを代入すれば
f'(a) 〜
c1
+ 2 c2(a-a)
+ 3 c3(a-a)2
+ 4 c4(a-a)3
+ ...
+ n cn(a-a)n-1
+ ...
となり、
c1 = f'(a)
ということがわかります。
さらに
c2
を求めてみましょう。
元の式
f(x) 〜
c0
+ c1(x-a)
+ c2(x-a)2
+ c3(x-a)3
+ c4(x-a)4
+ ...
+ cn(x-a)n
+ ...
を1回微分すると
f'(x) 〜
0
+ c1
+ 2 c2(x-a)
+ 3 c3(x-a)2
+ 4 c4(x-a)3
+ ...
+ n cn(x-a)n-1
+ ...
2回微分して見ると
f''(x) 〜
0
+ 0
+ 2 c2
+ 3 ・2 c3(x-a)
+ 4 ・3 c4(x-a)2
+ ...
+ n ・(n-1) cn(x-a)n-2
+ ...
となり、c2が(x-a)無しの形で出てきますね。
ここでxにaを代入すれば
f''(a) 〜
0
+ 0
+ 2 c2
+ 3 ・2 c3(a-a)
+ 4 ・3 c4(a-a)2
+ ...
+ n ・(n-1) cn(a-a)n-2
+ ...
となり、
c2 = f''(a)/2
ということがわかります。
しつこいですが
c3
を求めてみましょう。
元の式
f(x) 〜
c0
+ c1(x-a)
+ c2(x-a)2
+ c3(x-a)3
+ c4(x-a)4
+ ...
+ cn(x-a)n
+ ...
を1回微分すると
f'(x) 〜
0
+ c1
+ 2 c2(x-a)
+ 3 c3(x-a)2
+ 4 c4(x-a)3
+ ...
+ n cn(x-a)n-1
+ ...
2回微分すると
f''(x) 〜
0
+ 0
+ 2 c2
+ 3・2 c3(x-a)
+ 4・3 c4(x-a)2
+ ...
+ n・(n-1) cn(x-a)n-2
+ ...
3回微分して見ると
f'''(x) 〜
0
+ 0
+ 0
+ 3・2 c3
+ 4・3・2 c4(x-a)
+ ...
+ n・(n-1)・(n-2)cn(x-a)n-3
+ ...
となり、c3が(x-a)無しの形で出てきますね。
ここでxにaを代入すれば
f'''(a) 〜
0
+ 0
+ 0
+ 3・2 c3
+ 4・3・2 c4(a-a)
+ ...
+ n・(n-1)・(n-2)cn(a-a)n-3
+ ...
となり、
c3 = f'''(a)/(3・2)
ということがわかります。
この展開を繰り返してゆくと
c0 = f(a)
c1 = f'(a)
c2 = f''(a)/2
c3 = f'''(a)/(3・2)
c4 = f''''(a)/(4・3・2)
:
となります。これらは
c0 = f(a)
c1 = f'(a)/1!
c2 = f''(a)/2!
c3 = f'''(a)/3!
c4 = f''''(a)/4!
:
のように書いても良いですよね。
それで通常
cn = f(n)(a)/n!
のようにまとめて書いております。
戻る
書き込み用シート
「初心者向テイラー展開解説」 最初のページに戻る