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补充篇:反双曲正切函数的泰勒展开式

2022-02-12 09:21 作者:匆匆-cc  | 我要投稿

        对于反双曲正切函数,我们有

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

        同时,其泰勒展开式

%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

        下面我们来证明其泰勒展开式

        注意到

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

        对相关内容不清楚的可以看以下链接。


        同时,牛顿二项式定理告诉我们,

(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

        我们得到

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

        对比我们所想要的形式,不妨再用-x%5E2去取代x的位置,我们得到

%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

        然后两边同时积分,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

        这是一种非常巧妙的证明方法,right?避开了反复的高阶导数计算,用简洁明了的牛顿二项式定理展开式证明了泰勒展开式。

        同时,该级数分母也具有鲜明的特征——奇数串。

        这也不禁让人想到了e%5Ex的泰勒展开式,分母是——阶乘串。

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