10.15
泰勒级数将函数表示为在选定中心点附近收敛区间内的无穷幂级数。
当中心为零时,该级数称为麦克劳林级数,其形式更为简单,使用 x 的幂次及在零处的导数。
一个实际的例子是理想弹簧-质量系统做简谐运动。
质量的运动可以用余弦函数来描述。
在高速计算中,重复计算余弦函数可能带来较大的计算开销。为简化这一过程,对于接近零的小时间值,可使用余弦函数的麦克劳林级数进行近似。
第一项给出一个等于初始位置的常数值。加入下一项后引入了曲率,使得近似结果与实际运动更加吻合。包含更高阶的项可提高精度,并更准确地反映振动的更多特征。
在接近零的微小时间区间内,仅需少数几项即可提供良好的近似。随着时间远离中心点,需要更多的项来保持精度。
这就是泰勒级数有价值的原因:它在简化复杂函数的同时,能够准确描述弹簧在中心附近区域的运动情况。