Deret Taylor: Perbedaan antara revisi

Konten dihapus Konten ditambahkan
InternetArchiveBot (bicara | kontrib)
Rescuing 1 sources and tagging 0 as dead.) #IABot (v2.0.8
Dchsnq (bicara | kontrib)
Perbaiki bahasa menjadi bahasa matematika yang benar
Tag: menambah tag nowiki VisualEditor
Baris 19:
:<math> \sum_{n=0} ^ {\infin } \frac {f^{(n)}(a)}{n!} \, (x-a)^{n}</math>
 
dengan ''n''! melambangkan [[faktorial]] ''n'' dan ''f''<sup>&nbsp;(''n'')</sup>(''a'') melambangkan nilai dari turunan ke-''n'' dari ''f'' pada titik ''a''. Turunan kenol dari ''f'' didefinisikan sebagai ''f'' itu sendiri, danserta {{nowrap|(''x'' − ''a'')<sup>0</sup>}} dan 0! didefinisikan sebagai&nbsp;1.
 
Dalam kasus khusus di mana ''a'' = 0, deret ini disebut juga sebagai '''Deretderet Maclaurin'''.
 
==Kesalahan perkiraan dan konvergensi==
Baris 33:
:<math>\sin\left( x \right) \approx x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \frac{x^7}{7!}.\!</math>
 
Kesalahan dalam perkiraan tersebut tidak lebih dari nilai {{math|{{sfrac|{{absmabs|''x''}}<sup>9</sup>|9!}}}}. Secara khusus, untuk nilai {{math|−1 < ''x'' < 1}}, kesalahannya kurang dari&nbsp;0.000003.
 
Sebaliknya, ditampilkan juga gambar dari fungsi logaritma natural pada nilai {{math|ln(1 + ''x'')}} dan beberapa [[polinomial Taylor]] di sekitar nilai {{math|''a'' {{=}} 0}}. Perkiraan tersebut menyatu dengan fungsi dari {{math|−1 < ''x'' ≤ 1}}; di luar wilayah tersebut polinomial Taylor derajat yang lebih tinggi berada ''lebih buruk'' perkiraan untuk fungsi tersebut. Hal tersebut mirip dengan [[Fenomenafenomena anak tangga]].{{citation needed|date=November 2017}}
 
''Masalah''Galat yang terjadi saat mendekati suatu fungsi dengan nilaipolinomial Taylor berderajat {{mvar|n}} Pada Polinomial Taylor dari derajat disebut ''sisa'' atau ''[[Residual (analisis numerik)|residual]]'' dan dilambangkan dengan fungsinya {{math|''R''<sub>''n''</sub>(''x'')}}. [[Teorema Taylor]] dapat digunakan untuk mendapatkan batasan ukuran sisanya.
 
Secara umum, deret Taylor sama sekali tidak perlu [[deret konvergen|menggunakan konvergen]]. Dan sebenarnya himpunanHimpunan fungsi dengan deret Taylor konvergen adalah suatu [[himpunan kecil]] di [[ruang Fréchet]] dari [[fungsi mulus]]. Dan bahkan jika deret Taylor memilikidari fungsi {{mvar|f}} merupakan deret konvergen, batasnyalimitnya secara umum tidak perlu sama dengan nilai fungsinyafungsi {{math|''f''&thinsp;(''x'')}}. MisalnyaSebagai Fungsicontoh, fungsi
:<math>
f(x) = \begin{cases}
Baris 46:
\end{cases}
</math>
terdiferensialkan takhingga pada {{math|''x'' {{=}} 0}}, dan semua turunannya di {{math|''x'' {{=}} 0}} adalah 0. Akibatnya, deret Taylor dari {{math|''f''(''x'')}} di sekitar {{math|''x'' {{=}} 0}} adalah fungsi nol. Namun, {{math|''f''(''x'')}} bukan fungsi nol, sehingga tidak sama dengan jumlah deret Taylor di sekitar {{math|''x'' {{=}} 0}}.<!--is [[infinitely differentiable]] at {{math|''x'' {{=}} 0}}, and has all derivatives zero there. Consequently, the Taylor series of {{math|''f''&thinsp;(''x'')}} about {{math|''x'' {{=}} 0}} is identically zero. However, {{math|''f''&thinsp;(''x'')}} is not the zero function, so does not equal its Taylor series around the origin. Thus, {{math|''f''&thinsp;(''x'')}} is an example of a [[non-analytic smooth function]].
 
In [[real analysis]], this example shows that there are [[infinitely differentiable function]]s {{math|''f''&thinsp;(''x'')}} whose Taylor series are ''not'' equal to {{math|''f''&thinsp;(''x'')}} even if they converge. By contrast, the [[holomorphic function]]s studied in [[complex analysis]] always possess a convergent Taylor series, and even the Taylor series of [[meromorphic function]]s, which might have singularities, never converge to a value different from the function itself. The complex function {{math|''e''<sup>−1/''z''<sup>2</sup></sup>}}, however, does not approach 0 when {{mvar|z}} approaches 0 along the imaginary axis, so it is not [[Continuous function|continuous]] in the complex plane and its Taylor series is undefined at 0.-->
 
Secara lebih umum, setiap urutan bilangan real atau kompleks dapat muncul sebagai [[koefisien]] dalam deret Taylor dari fungsi yang dapatterdiferensialkan terdiferensiasi tak terbatastakhingga yang ditentukan pada garis nyata,; hal ini adalah konsekuensi dari [[lemma Borel]]. Akibatnya, [[radius konvergensi]] deret Taylor bisa menjadi nilai nol. Bahkan ada fungsi yang dapat terdiferensiasi tak terbatas yang ditentukan pada garis nyata yang deret Taylor-nya memiliki radius konvergensi 0 di mana-mana.<ref>{{Citation | last = Rudin | first = Walter | author-link = Walter Rudin| title = Analisis Nyata dan Kompleks | place = New Dehli | publisher = McGraw-Hill | year = 1980 | page = 418, Exercise 13 | isbn = 0-07-099557-5 | postscript = <!--none-->}}</ref>
 
 
<!--A function cannot be written as a Taylor series centred at a [[singularity (mathematics)|singularity]]; in these cases, one can often still achieve a series expansion if one allows also negative powers of the variable {{mvar|x}}; see [[Laurent series]]. For example, {{math|''f''&thinsp;(''x'') {{=}} ''e''<sup>−1/''x''<sup>2</sup></sup>}} can be written as a Laurent series.-->
 
==Generalisasi==
Namun demikian, ada generalisasi<ref>{{citation|first=William|last=Feller|authorlink=William Feller|title=Pengantar teori probabilitas dan aplikasinya, Volume 2|edition=3rd|publisher=Wiley|year=1971|pages=230–232}}.</ref><ref>{{citation|first1=Einar|last1=Hille|authorlink1=Einar Hille|first2=Ralph S.|last2=Phillips|authorlink2=Ralph S. Phillips|title=Analisis fungsional dan semi-kelompok|publisher=American Mathematical Society|series=Publikasi Kolokium AMS|volume=31|year=1957|pages=300–327}}.</ref> dari deret Taylor yang pasti konvergen ke nilai fungsi itu sendiri untuk setiap [[fungsi terikat|terikatkontinu]] dariyang [[fungsi kontinu]]terbatas, pada nilai {{math|(0,∞)}}, menggunakan kalkulus [[beda hingga]]. Secara khusus, seseorangberdasarkan memilikisuatu teorema berikut, karenaoleh [[Einar Hille]], bahwa untuk apa sajasebarang {{math|''t'' > 0}}, berlaku
:<math>\lim_{h\to 0^+}\sum_{n=0}^\infty \frac{t^n}{n!}\frac{\Delta_h^nf(a)}{h^n} = f(a+t).</math>
DarimanaDi sini nilai {{math|Δ{{su|p=''n''|b=''h''}}}} adalah operator beda hingga ke-{{mvar|n}} Pada operator perbedaan hingga dengan ukuran langkah {{mvar|h}}. Deret tersebut persis seperti deret Taylor, kecuali perbedaan yang terbagi muncul sebagai pengganti diferensiasi: deret ini secara formal mirip dengan [[deret Newton]]. Saat fungsinyafungsi {{mvar|f}} bersifat analitik di {{mvar|a}}, istilahsuku dalam deret bertemuini dengankonvergen menuju istilahsuku deret Taylor, dan dalam pengertian ini menggeneralisasi deret Taylor biasa.
 
Secara umum, untuk urutansebarang takbarisan terbatas apa puntakhingga {{math|''a''<sub>''i''</sub>}}, identitas deret pangkat berikut berlaku:
:<math>\sum_{n=0}^\infty\frac{u^n}{n!}\Delta^na_i = e^{-u}\sum_{j=0}^\infty\frac{u^j}{j!}a_{i+j}.</math>
Jadi secara khusus,
Baris 65 ⟶ 66:
<!--The series on the right is the [[expectation value]] of {{math|''f''&thinsp;(''a'' + ''X'')}}, where {{mvar|X}} is a [[Poisson distribution|Poisson-distributed]] [[random variable]] that takes the value {{math|''jh''}} with probability {{math|''e''<sup>−''t''/''h''</sup>·{{sfrac|(''t''/''h''){{isup|''j''}}|''j''!}}}}. Hence,
:<math>f(a+t) = \lim_{h\to 0^+} \int_{-\infty}^\infty f(a+x)dP_{\frac{t}{h},h}(x).</math>-->
[[Hukum jumlah besar]] menyiratkanmengimplikasikan bahwa identitas memegangberlaku.<ref>{{cite book|authorlink=William Feller|first=William|last=Feller|title=Pengantar probabilitas theory dan aplikasinya|volume=2|edition=3|page=231|year=1970}}</ref>
 
==Daftar serideret Maclaurin dari beberapa fungsi umum==
{{see also|Daftar deret matematika}}
BeberapaBerikut ekspansidiberikan pentingbeberapa ekspansi serideret Maclaurin menyusulyang penting.<ref>Sebagian besar dapat ditemukan di {{harv|Abramowitz|Stegun|1970}}.</ref> Semua perluasan tersebut valid untuk argumen yang kompleks {{mvar|x}}.
 
=== Fungsi eksponensial ===
[[Berkas:Exp series.gif|right|thumb|[[Fungsi eksponensial]] {{math|''e''<sup>''x''</sup>}} (berwarna biru), dan jumlah dari yang pertama {{math|''n'' + 1}} persyaratan seri Taylor-nya di 0 (merah).]]
[[Fungsi eksponensial]] pada <math>e^x</math> (dengan basis [[eE (konstanta matematika)|{{mvar|e}}]]) memiliki deret Maclaurin
:<math>e^{x} = \sum^{\infty}_{n=0} \frac{x^n}{n!} = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots </math>.
HalDeret tersebut menyatukonvergen untuk semua nilai {{mvar|x}}.
 
=== Logaritma natural ===
[[Logaritma natural]] (dengan basis [[eE (konstanta matematika)|{{mvar|e}}]]) memiliki deret Maclaurin
:<math>\begin{align}
\ln(1-x) &= - \sum^{\infty}_{n=1} \frac{x^n}n = -x - \frac{x^2}2 - \frac{x^3}3 - \cdots , \\
\ln(1+x) &= \sum^\infty_{n=1} (-1)^{n+1}\frac{x^n}n = x - \frac{x^2}2 + \frac{x^3}3 - \cdots .
\end{align}</math>
<!--MerekaDua deret tersebut berkumpulkonvergen untuk nilai <math>|x| < 1</math>. (In Selain itu, nilai deret untuk {{math|ln(1 − ''x'')}} berkumpulkonvergen untuk {{math|''x'' {{=}} −1}}, anddan thederet series foruntuk {{math|ln(1 + ''x'')}} convergeskonvergen foruntuk {{math|''x'' {{=}} 1}}.)-->
 
=== Deret geometrisgeometrik ===
 
[[Deret geometrisgeometrik]] dan turunannya memiliki deret Maclaurin
 
:<math>\begin{align}
Baris 94 ⟶ 95:
\frac{1}{(1-x)^3} &= \sum^\infty_{n=2} \frac{(n-1)n}{2} x^{n-2}.
\end{align}</math>
AllSemua arederet convergenttersebut forkonvergen untuk <math>|x| < 1</math>. Ini Theseadalah arekasus specialkhusus cases of thedari [[Deret Taylor#BinomialDeret seriesbinomial|deret binomial series]] given in the next section.
 
=== Deret Binomialbinomial ===
 
[[Deret Binomial|Deret binomial]] adalah deret pangkat
 
:<math>(1+x)^\alpha = \sum_{n=0}^\infty \binom{\alpha}{n} x^n</math>
 
yang koefisiennya adalah [[koefisien binomial]] umumyang diperumum
 
: <math>\binom{\alpha}{n} = \prod_{k=1}^n \frac{\alpha-k+1}k = \frac{\alpha(\alpha-1)\cdots(\alpha-n+1)}{n!}.</math>
 
(Jika {{math| ''n'' {{=}} 0}}, produkhasil kali ini adalah [[produkhasil kali kosong]] dan memiliki nilai 1.) MenyatuDeret ini konvergen untuk <math>|x| < 1</math>, untuk sebarang bilangan real atau kompleks apa pun {{mvar|α}}.
 
DarimanaSaat nilai {{math|''α'' {{=}} −1}}, deret ini padaini dasarnyasama adalahdengan deret geometri tak hingga yang disebutkan di bagian sebelumnya. Kasus khusus {{math|''α'' {{=}} {{sfrac|1|2}}}} dan {{math|''α'' {{=}} −{{sfrac|1|2}}}} berikanmemberikan fungsi [[akar kuadrat]] dan [[pembalikan perkalian|pembalikaninvers multiplikatif]]<nowiki/>nya:
 
:<math>\begin{align}
Baris 115 ⟶ 116:
\end{align}</math>
 
Jika hanya [[pendekatan linier|suku linier]] yang dipertahankan, ini dapat disederhanakan menjadi [[perkiraan binomial|aproksimasi binomial]].
 
== Perkiraan dalam fungsi ==
Baris 121 ⟶ 122:
[[Fungsi trigonometri]] biasa dan inversnya memiliki deret Maclaurin berikut:
:<math>\begin{align}
\sin x &= \sum^{\infty}_{n=0} \frac{(-1)^n}{(2n+1)!} x^{2n+1} &&= x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \cdots && \text{foruntuk allsemua } x\\[6pt]
\cos x &= \sum^{\infty}_{n=0} \frac{(-1)^n}{(2n)!} x^{2n} &&= 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \cdots && \text{foruntuk allsemua } x\\[6pt]
\tan x &= \sum^{\infty}_{n=1} \frac{B_{2n} (-4)^n \left(1-4^n\right)}{(2n)!} x^{2n-1} &&= x + \frac{x^3}{3} + \frac{2 x^5}{15} + \cdots && \text{foruntuk }|x| < \frac{\pi}{2}\\[6pt]
\sec x &= \sum^{\infty}_{n=0} \frac{(-1)^n E_{2n}}{(2n)!} x^{2n} &&=1+\frac{x^2}{2}+\frac{5x^4}{24}+\cdots && \text{foruntuk }|x| < \frac{\pi}{2}\\[6pt]
\arcsin x &= \sum^{\infty}_{n=0} \frac{(2n)!}{4^n (n!)^2 (2n+1)} x^{2n+1} &&=x+\frac{x^3}{6}+\frac{3x^5}{40}+\cdots && \text{foruntuk }|x| \le 1\\[6pt]
\arccos x &=\frac{\pi}{2}-\arcsin x\\&=\frac{\pi}{2}- \sum^{\infty}_{n=0} \frac{(2n)!}{4^n (n!)^2 (2n+1)} x^{2n+1}&&=\frac{\pi}{2}-x-\frac{x^3}{6}-\frac{3x^5}{40}-\cdots&& \text{foruntuk }|x| \le 1\\[6pt]
\arctan x &= \sum^{\infty}_{n=0} \frac{(-1)^n}{2n+1} x^{2n+1} &&=x-\frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5}-\cdots && \text{foruntuk }|x| \le 1,\ x\neq\pm i
\end{align}</math>
 
Semua sudut diekspresikan dalam [[radian]]. AngkaBilangan-angkabilangan {{math|''B<sub>k</sub>''}} yang muncul dalam perluasan {{math|tan ''x''}} adalah [[angkabilangan Bernoulli]]. Hal itu {{math|''E''<sub>''k''</sub>}} dalam perluasan {{math|sec ''x''}} adalah [[nomorBilangan Euler|bilangan-bilangan Euler]].
 
=== Fungsi hiperbolik ===
Baris 142 ⟶ 143:
\end{align}</math>
 
AngkaBilangan-angkabilangan {{math|''B<sub>k</sub>''}} munculyangmuncul di serideret untuk {{math|tanh ''x''}} adalah [[angkabilangan Bernoulli]].
 
==Deret Taylor sebagai definisi==
{{sect-stub}}
Secara klasik, [[fungsi aljabar]] s didefinisikan oleh persamaan aljabar, dan [[fungsi transendental]] s (termasuk yang dibahas di atas) ditentukandidefinisikan oleh beberapa propertisifat yang mendukungnyaberlaku, seperti [[persamaan diferensial]]. Misalnya, [[fungsi eksponensial]] adalah fungsi yang sama dengan turunannya sendiri di mana-mana, dan mengasumsikan nilai 1 di asalnya. Namun, seseorang dapat mendefinisikansuatu [[fungsi analitik]] dapat didefinisikan dengan deret Taylor-nya.
<!--Taylor series are used to define functions and "[[operator (mathematics)|operator]]s" in diverse areas of mathematics. In particular, this is true in areas where the classical definitions of functions break down. For example, using Taylor series, one may extend analytic functions to sets of matrices and operators, such as the [[matrix exponential]] or [[matrix logarithm]].
 
Baris 161 ⟶ 162:
\end{align}</math>
 
Dari contoh di atas, untuk suatu fungsi <math>f(x,y)</math> yang bergantung pada dua variabel, {{mvar|x}} dan {{mvar|y}}, serideret Taylor keorde urutandua keduadi tentangsekitar intinyatitik {{math|(''a'', ''b'')}} is
 
:<math>f(a,b) +(x-a) f_x(a,b) +(y-b) f_y(a,b) + \frac{1}{2!}\Big( (x-a)^2 f_{xx}(a,b) + 2(x-a)(y-b) f_{xy}(a,b) +(y-b)^2 f_{yy}(a,b) \Big)</math>
Baris 171 ⟶ 172:
:<math>T(\mathbf{x}) = f(\mathbf{a}) + (\mathbf{x} - \mathbf{a})^\mathsf{T} D f(\mathbf{a}) + \frac{1}{2!} (\mathbf{x} - \mathbf{a})^\mathsf{T} \left \{D^2 f(\mathbf{a}) \right \} (\mathbf{x} - \mathbf{a}) + \cdots,</math>
 
Darimanadengan {{math|''D'' ''f''&thinsp;('''a''')}} adalah [[gradien]] dari nilai {{mvar|f}} dievaluasi pada {{math|'''x''' {{=}} '''a'''}} dan {{math|''D''<sup>2</sup> ''f''&thinsp;('''a''')}} adalah [[matriks Hessian]]. Menerapkan [[notasi multi-indeks]], deret Taylor untuk beberapa variabel menjadi
 
:<math>T(\mathbf{x}) = \sum_{|\alpha| \geq 0}\frac{(\mathbf{x}-\mathbf{a})^\alpha}{\alpha !} \left({\mathrm{\partial}^{\alpha}}f\right)(\mathbf{a}),</math>
 
yang harus dipahami sebagai versi [[multi-indeks]] yang masih lebih disingkat dari persamaan pertama paragraf ini, dengan analogi penuh untuk kasus variabel tunggal.
 
=== Contoh ===
Baris 213 ⟶ 214:
\end{align}</math>
 
Setelah {{math|ln(1 + ''y'')}} bersifat analitik {{math|{{absmabs|''y''}} < 1}}, kita punya
:<math>e^x\ln(1+y)= y + xy - \frac{y^2}{2} + \cdots, \qquad |y| < 1.</math>