【基礎數學知識】帶你理解泰勒展開式本質?

2021-02-17 機器學習算法與自然語言處理

推薦閱讀時間:5min~8min

主要內容:更好的理解,並且記憶泰勒展開式

我們學習泰勒展開,本質上就是為了在某個點附近,用多項式函數取近似其他函數。可能有些童鞋就要問了,既然有一個函數了,為什麼還需要用多項式函數取進行近似,理由就是多項式函數具有非常多優良的性質。

比如說,多項式函數既好計算,也好求導,還好積分,等等一系列的優良性質。

好,本質已經說完了,下面給出P(x)在x=0處的泰勒展開表達式,然後再進行仔細分析。

上面的文字表述用下面的slides總結:

可以推出c0=1,在圖上表示就是0處的兩者函數值相同,都為1,如下:

既然泰勒展開的目的是在某處,兩者的函數近似相同,那麼我們不應該僅僅滿足於函數值相同,我們讓在x=0處的兩者一階導數相同,豈不更好!

這樣我們得到了一個新的等式條件,如下:

那麼我們很自然的就會想到是否還能夠找到一個限制條件,構建一個等式,將c2 也求出來,因為c0,c1就是這麼求出來的。

對的,就是這個思路,我們讓兩者在x=0處的二階導數也相等,相當於再加強一個限制,你既然要近似,就要近似的越多越好~如下圖

根據上面表達式很容易求出,c2=-1/2

於是我們得出,在x=0處,近似cosx的二次多項式表達式為:

那麼到現在的解釋和一開始給的泰勒展開式子,是否有了一定的感覺呢?

我們其實在某處的泰勒展開,就是讓兩者的函數在該處的函數值相等,一階導相等,二階導相等,...n階導相等(因為你要近似,當然是越接近越好,所有的性質都相等最好)。如下圖:

上圖就是在x=0處的泰勒展開式,分母的階乘僅僅是為了抵消對次冪求導後的連乘。

如果不是在x=0處展開,比如在 a處展開,也是一樣的。如下圖:

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