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補充篇:反雙曲正切函數(shù)的泰勒展開式

2022-02-12 09:21 作者:匆匆-cc  | 我要投稿

????????對于反雙曲正切函數(shù),我們有

%5Coperatorname%7Bartanh%7Dx%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%5Cln%20%5Cfrac%7B1%2Bx%7D%7B1-x%7D

????????同時,其泰勒展開式

%5Coperatorname%7Bartanh%7Dx%3Dx%2B%5Cfrac%7Bx%5E3%7D%7B3%7D%2B%5Cfrac%7Bx%5E5%7D%7B5%7D%2B%5Cfrac%7Bx%5E7%7D%7B7%7D%2B%E2%80%A6

????????下面我們來證明其泰勒展開式

????????注意到

(%5Coperatorname%7Bartanh%7Dx)'%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%7D

? ? ? ? 對相關(guān)內(nèi)容不清楚的可以看以下鏈接。


????????同時,牛頓二項式定理告訴我們,

(1%2Bx)%5E%5Calpha%3D1%2B%5Calpha%20x%2B%5Cfrac%7B%5Calpha(%5Calpha-1)%7D%7B2!%7Dx%5E2%2B%5Cfrac%7B%5Calpha(%5Calpha-1)(%5Calpha-2)%7D%7B3!%7D%2B%E2%80%A6

? ? ? ? 在上式中,令

%5Calpha%3D-1

????????我們得到

%5Cfrac%7B1%7D%7B1%2Bx%7D%3D1-x%2Bx%5E2-x%5E3%2B%E2%80%A6

? ? ? ? 對比我們所想要的形式,不妨再用-x%5E2去取代x的位置,我們得到

%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%7D%3D1%2Bx%5E2%2Bx%5E4%2Bx%5E6%2B%E2%80%A6

????????即

(%5Coperatorname%7Bartanh%7Dx)'%3D1%2Bx%5E2%2Bx%5E4%2Bx%5E6%2B%E2%80%A6

????????然后兩邊同時積分,就得到

%5Coperatorname%7Bartanh%7Dx%3Dx%2B%5Cfrac%7Bx%5E3%7D%7B3%7D%2B%5Cfrac%7Bx%5E5%7D%7B5%7D%2B%5Cfrac%7Bx%5E7%7D%7B7%7D%2B%E2%80%A6

????????這是一種非常巧妙的證明方法,right?避開了反復(fù)的高階導(dǎo)數(shù)計算,用簡潔明了的牛頓二項式定理展開式證明了泰勒展開式。

????????同時,該級數(shù)分母也具有鮮明的特征——奇數(shù)串。

????????這也不禁讓人想到了e%5Ex的泰勒展開式,分母是——階乘串。

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