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tanx的麦克劳林公式

2026-01-14 22:37:05
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tanx的麦克劳林公式】在数学分析中,麦克劳林公式是泰勒公式的特殊形式,当展开点为0时,即为麦克劳林级数。对于函数 $ \tan x $,其麦克劳林展开式是一个重要的无穷级数,广泛应用于微积分、物理和工程领域。

以下是对 $ \tan x $ 的麦克劳林公式的总结,并以表格形式展示其展开的各项系数及对应的项。

一、概述

$ \tan x $ 是一个奇函数,在 $ x = 0 $ 处可导,且其麦克劳林展开式仅包含奇次幂项。由于 $ \tan x $ 在 $ x = \frac{\pi}{2} + k\pi $(其中 $ k $ 为整数)处有不连续性,因此该级数的收敛域为 $ x < \frac{\pi}{2} $。

二、麦克劳林展开式

$$

\tan x = x + \frac{x^3}{3} + \frac{2x^5}{15} + \frac{17x^7}{315} + \frac{62x^9}{2835} + \cdots

$$

该级数可以表示为:

$$

\tan x = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1} 2^{2n} (2^{2n} - 1) B_{2n}}{(2n)!} x^{2n-1}

$$

其中 $ B_{2n} $ 是伯努利数。

三、各项系数与对应项表

项数 幂次 系数 展开项
1 1 1 $ x $
2 3 $ \frac{1}{3} $ $ \frac{x^3}{3} $
3 5 $ \frac{2}{15} $ $ \frac{2x^5}{15} $
4 7 $ \frac{17}{315} $ $ \frac{17x^7}{315} $
5 9 $ \frac{62}{2835} $ $ \frac{62x^9}{2835} $
6 11 $ \frac{1382}{10395} $ $ \frac{1382x^{11}}{10395} $

四、应用与注意事项

- 应用:麦克劳林展开可用于近似计算 $ \tan x $ 的值,尤其在 $ x $ 接近 0 时,误差较小。

- 收敛性:展开式在 $ x < \frac{\pi}{2} $ 内有效,超出此范围需谨慎使用。

- 计算工具:实际计算中,通常借助计算机代数系统(如 Mathematica 或 Maple)生成更高阶的项。

五、小结

$ \tan x $ 的麦克劳林公式是一个由奇次幂构成的无穷级数,其系数可通过递推或伯努利数求得。通过该展开式,我们可以更方便地进行数值计算和理论分析。理解其结构和性质有助于更好地掌握函数的局部行为。

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