ex의 3차 테일러 다항식으로 e를 근사하고, 라그랑주 나머지로 오차를 평가하세요.
T3(1)=38≈2.6667,∣R3(1)∣≤24e≈0.1133
n=3: 실제 오차 ≈0.0516이 상한 0.1133 안에 들어갑니다.
증명 보기
- ex의 모든 도함수는 ex이므로 f(k)(0)=1입니다. 따라서 T3(x)=1+x+2x2+6x3이고 T3(1)=38≈2.6667입니다.
- 테일러 정리(라그랑주 나머지)에 의해 어떤 c∈(0,1)에 대해 R3(1)=4!ec⋅14입니다. ec<e<2.72이므로 ∣R3(1)∣<242.72≈0.1133입니다.
- 실제로 e−38≈0.0516으로, 상한 안에 들어갑니다.
나머지 Rn(x)→0이 테일러 급수 수렴의 핵심인 이유를 설명하세요. (아이디어 수준)
f(x)=Tn(x)+Rn(x)
n=9: 다항식이 [−π,π]에서 곡선과 거의 겹칩니다.
증명 보기
- 테일러 정리는 f(x)=Tn(x)+Rn(x)로 분해합니다. 다항식 부분은 우리가 아는 것이고, 모르는 것은 나머지 전부입니다.
- Rn(x)→0일 때 정확히 그때만 Tn(x)→f(x)가 성립합니다. 즉 나머지의 소멸이 곧 급수의 수렴입니다.
- sinx처럼 나머지가 0으로 가는 함수는 전역적으로 테일러 급수와 일치하지만, 그렇지 않은 매끄러운 함수도 존재합니다 — 여기서는 아이디어 수준에서만 언급합니다.