Deret Taylor: Perbedaan antara revisi

Konten dihapus Konten ditambahkan
Dchsnq (bicara | kontrib)
Perbaiki bahasa menjadi bahasa matematika yang benar
Tag: menambah tag nowiki VisualEditor
ada kesalahan pada formula sehingga yang ditampilkan berupa error
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, sertadan {{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 35:
Kesalahan dalam perkiraan tersebut tidak lebih dari nilai {{math|{{sfrac|{{mabs|''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}}
 
Galat''Masalah'' yang terjadi saat mendekati suatu fungsi dengan polinomial Taylor berderajatnilai {{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]]. HimpunanDan sebenarnya himpunan fungsi dengan deret Taylor konvergen adalah suatu [[himpunan kecil]] di [[ruang Fréchet]] dari [[fungsi mulus]]. Dan bahkan jika deret Taylor darimemiliki fungsi {{mvar|f}} merupakan deret konvergen, limitnyabatasnya secara umum tidak perlu sama dengan nilai fungsifungsinya {{math|''f''&thinsp;(''x'')}}. SebagaiMisalnya contoh, fungsiFungsi
:<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 terdiferensialkandapat takhinggaterdiferensiasi tak terbatas 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 kontinuterikat|terikat]] yangdari terbatas,[[fungsi kontinu]] pada nilai {{math|(0,∞)}}, menggunakan kalkulus [[beda hingga]]. Secara khusus, berdasarkanseseorang suatumemiliki teorema olehberikut, karena [[Einar Hille]], bahwa untuk sebarangapa saja {{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>
Di siniDarimana 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 fungsifungsinya {{mvar|f}} bersifat analitik di {{mvar|a}}, sukuistilah dalam deret inibertemu konvergen menujudengan sukuistilah deret Taylor, dan dalam pengertian ini menggeneralisasi deret Taylor biasa.
 
Secara umum, untuk sebarangurutan barisantak takhinggaterbatas apa pun {{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 66 ⟶ 65:
<!--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]] mengimplikasikanmenyiratkan bahwa identitas berlakumemegang.<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 deretseri Maclaurin dari beberapa fungsi umum==
{{see also|Daftar deret matematika}}
Berikut diberikan beberapaBeberapa ekspansi deretpenting seri Maclaurin yang pentingmenyusul.<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>.
DeretHal tersebut konvergenmenyatu 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>
Dua deret tersebut<!--Mereka konvergenberkumpul untuk nilai <math>|x| < 1</math>. (In Selain itu, nilai deret untuk {{math|ln(1 − ''x'')}} konvergenberkumpul untuk {{math|''x'' {{=}} −1}}, danand deretthe untukseries for {{math|ln(1 + ''x'')}} konvergenconverges untukfor {{math|''x'' {{=}} 1}}.)-->
 
=== Deret geometrikgeometris ===
 
[[Deret geometrikgeometris]] dan turunannya memiliki deret Maclaurin
 
:<math>\begin{align}
Baris 95 ⟶ 94:
\frac{1}{(1-x)^3} &= \sum^\infty_{n=2} \frac{(n-1)n}{2} x^{n-2}.
\end{align}</math>
SemuaAll deretare tersebutconvergent konvergen untukfor <math>|x| < 1</math>. Ini adalahThese kasusare khususspecial daricases of the [[Deret Taylor#DeretBinomial binomialseries|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]] yang diperumumumum
 
: <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}}, hasil kaliproduk ini adalah [[hasil kaliproduk kosong]] dan memiliki nilai 1.) Deret ini konvergen untukMenyatu <math>|x| < 1</math>, untuk sebarang bilangan real atau kompleks apa pun {{mvar|α}}.
 
SaatDarimana nilai {{math|''α'' {{=}} −1}}, deret ini inipada samadasarnya denganadalah deret geometri tak hingga yang disebutkan di bagian sebelumnya. Kasus khusus {{math|''α'' {{=}} {{sfrac|1|2}}}} dan {{math|''α'' {{=}} −{{sfrac|1|2}}}} memberikanberikan fungsi [[akar kuadrat]] dan [[pembalikan perkalian|invers multiplikatifpembalikan]]<nowiki/>nya:
 
:<math>\begin{align}
Baris 116 ⟶ 115:
\end{align}</math>
 
Jika hanya [[pendekatan linier|suku linier]] yang dipertahankan, ini dapat disederhanakan menjadi [[perkiraan binomial|aproksimasi binomial]].
 
== Perkiraan dalam fungsi ==
Baris 122 ⟶ 121:
[[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{untukfor semuaall } 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{untukfor semuaall } 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{untukfor }|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{untukfor }|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{untukfor }|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{untukfor }|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{untukfor }|x| \le 1,\ x\neq\pm i
\end{align}</math>
 
Semua sudut diekspresikan dalam [[radian]]. BilanganAngka-bilanganangka {{math|''B<sub>k</sub>''}} yang muncul dalam perluasan {{math|tan ''x''}} adalah [[bilanganangka Bernoulli]]. Hal itu {{math|''E''<sub>''k''</sub>}} dalam perluasan {{math|sec ''x''}} adalah [[Bilangan Euler|bilangan-bilangannomor Euler]].
 
=== Fungsi hiperbolik ===
Baris 143 ⟶ 142:
\end{align}</math>
 
BilanganAngka-bilanganangka {{math|''B<sub>k</sub>''}} yangmunculmuncul di deretseri untuk {{math|tanh ''x''}} adalah [[bilanganangka 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) didefinisikanditentukan oleh beberapa sifatproperti yang berlakumendukungnya, seperti [[persamaan diferensial]]. Misalnya, [[fungsi eksponensial]] adalah fungsi yang sama dengan turunannya sendiri di mana-mana, dan mengasumsikan nilai 1 di asalnya. Namun, suatuseseorang dapat mendefinisikan [[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 162 ⟶ 161:
\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}}, deretseri Taylor ordeke duaurutan dikedua sekitartentang titikintinya {{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 172 ⟶ 171:
:<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>
 
denganDarimana {{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 214 ⟶ 213:
\end{align}</math>
 
Setelah {{math|ln(1 + ''y'')}} bersifat analitik {{math|{{mabsabs|''y''}} < 1}}, kita punya
:<math>e^x\ln(1+y)= y + xy - \frac{y^2}{2} + \cdots, \qquad |y| < 1.</math>