題目
Problem
- (b) The 3rd degree Taylor polynomial of (1+3x)e at x=0 is (2) .
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求函數 g(x)=(1+3x)e 在 x=0 處的三階泰勒多項式(即三階麥克勞林多項式 T3(x))。
- 第一步:寫出通用麥克勞林展開式公式:
T3(x)=g(0)+g′(0)x+2!g′′(0)x2+3!g′′′(0)x3
- 第二步:利用廣義二項式定理 (Generalized Binomial Theorem) 展開(最速法):
我們知道對於任何實數 α:
(1+u)α=1+αu+2!α(α−1)u2+3!α(α−1)(α−2)u3+o(u3)
在此題中,令 u=3x, α=e。
- 一階項: e(3x)=3ex。
- 二階項: 2e(e−1)(3x)2=29e(e−1)x2。
- 三階項: 6e(e−1)(e−2)(3x)3=627e(e−1)(e−2)x3=29e(e−1)(e−2)x3。
- 將各項相加即為所求。
答題過程
展開
我們使用廣義二項式定理展開式。對於實數 α 與自變數 u,在 u→0 時有:
(1+u)α=1+αu+2!α(α−1)u2+3!α(α−1)(α−2)u3+o(u3)
我們令 u=3x, α=e。代入展開式中:
- 常數項:
1
- 一次項:
e⋅(3x)=3ex
- 二次項:
2e(e−1)⋅(3x)2=2e(e−1)⋅9x2=29e(e−1)x2
- 三次項:
6e(e−1)(e−2)⋅(3x)3=6e(e−1)(e−2)⋅27x3=29e(e−1)(e−2)x3
將以上各項相加,即得到該函數在 x=0 處的三階泰勒多項式 T3(x):
T3(x)=1+3ex+29e(e−1)x2+29e(e−1)(e−2)x3
(亦可展開寫成: 1+3ex+(29e2−9e)x2+(29e3−27e2+18e)x3)
結論:
(2) 填入 1+3ex+29e(e−1)x2+29e(e−1)(e−2)x3。