# Разложение функций в степенные ряды. Ряды Тейлора и Маклорена. Достаточное условие разложимости функции в ряд Тейлора. ## Разложение функций в степенные ряды Разложение функции $f(x)$ в степенной ряд в окрестности точки $x_0$ имеет вид: $f(x)=\sum_{n=0}^{\infty}a_n(x-x_0)^n$ ## Ряды Тейлора и Маклорена ### Ряд Тейлора Ряд Тейлора функции $f(x)$ в окрестности точки $x_0$ имеет вид: $f(x)=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{f^{(n)}(x_0)}{n!}(x-x_0)^n$ где $f^{(n)}(x_0)$ — значение $n$-й производной функции $f(x)$ в точке $x_0$. ### Ряд Маклорена Ряд Маклорена — это частный случай ряда Тейлора, когда $x_0=0$: $f(x)=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n$ ### Пример Рассмотрим функцию $f(x)=e^x$. Ряд Маклорена для $f(x)=e^x$: $e^x=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{x^n}{n!}$ ## Достаточное условие разложимости функции в ряд Тейлора ### Теорема Пусть функция $f(x)$ бесконечно дифференцируема в точке $x_0$, и пусть существует такое число $M$, что для всех $n$ выполняется: $|f^{(n)}(x)|\leq M$ для всех $x$ в некоторой окрестности точки $x_0$. Тогда функция $f(x)$ разлагается в ряд Тейлора в этой окрестности. ### Доказательство Рассмотрим остаточный член ряда Тейлора: $R_n(x)=f(x)-\sum_{k=0}^{n}\frac{f^{(k)}(x_0)}{k!}(x-x_0)^k$ По формуле Тейлора с остаточным членом в форме Лагранжа: $R_n(x)=\frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}(x-x_0)^{n+1}$ где $\xi$ — некоторая точка между $x_0$ и $x$. Поскольку $|f^{(n+1)}(\xi)|\leq M$, то: $|R_n(x)|\leq\frac{M}{(n+1)!}|x-x_0|^{n+1}$ Поскольку $\frac{M}{(n+1)!}|x-x_0|^{n+1}\to0$ при $n\to\infty$, то $R_n(x)\to0$ при $n\to\infty$. Следовательно, ряд Тейлора сходится к $f(x)$ в окрестности точки $x_0$. ## Примеры 1. **Функция $f(x)=\sin(x)$**: Ряд Маклорена для $f(x)=\sin(x)$: $\sin(x)=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^n\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}$ 2. **Функция $f(x)=\cos(x)$**: Ряд Маклорена для $f(x)=\cos(x)$: $\cos(x)=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^n\frac{x^{2n}}{(2n)!}$