Voordat we beginnen, voeren we nieuwe notatie in. Met f(k)(x) schrijven we de k-de afgeleide van f(x), dus f(1)(x)=f′(x), f(2)=f′′(x), f(3)(x)=f′′′(x), enzovoorts. Verder stellen we de "nulde afgeleide" gelijk aan f(x): f(0)=f(x).
Lineariseren
Van een functie f(x) willen we de raaklijn P1(x) opstellen op het punt x=a. We krijgen dan:
P1(x)=f(a)+f′(a)(x−a)
Deze raaklijn heet een linearisering van f(x) in het steunpunt a.
Zo'n linearisering voldoet aan twee eisen:
- P1(a)=f(a), dus P1 en f hebben dezelfde waarde op x=a
- P1′(a)=f′(a), dus P1 en f hebben dezelfde helling op x=a
Tweedegraads benadering
Voor een tweedegraads benadering P2(x) van f(x) gaan we nog een eis toevoegen:
- P2′′(a)=f′′(a), dus P2 en f hebben dezelfde kromming op x=a
Het functievoorschrift van P2 ziet er dan zo uit:
P2(x)=f(a)+f′(a)(x−a)+21f′′(a)(x−a)2
Taylorbenadering van orde n
Voor betere benaderingen kunnen we voor een steeds hogere n een functie Pn(x) opstellen.
In het algemeen geldt:
Pn(x)=f(a)+f′(a)(x−a)+2!f′′(a)(x−a)2+3!f′′′(a)(x−a)3+...+n!fn(a)(x−a)n=k=0∑nk!f(k)(a)(x−a)k
Oneindige sommen
We kunnen een taylorbenadering opstellen met n→∞. Dan krijgen we:
Pn(x)=f(a)+f′(a)(x−a)+2!f′′(a)(x−a)2+3!f′′′(a)(x−a)3+...=k=0∑∞k!f(k)(a)(x−a)k
Nu kunnen we formules opstellen voor "standaardsommen":
ex=n=0∑∞n!xn=1+x+2!x2+3!x3+...
log(x+1)=n=1∑∞(−1)n+1nxn=x−2x2+3x3−...
1−x1=n=0∑∞xn=1+x+x2+x3+... voor ∣x∣<1
sin(x)=n=0∑∞(2n+1)!(−1)nx2n+1=x−3!x3+5!x5−...
cos(x)=n=0∑∞(2n)!(−1)nx2n=1−2!x2+4!x4−...