Если функция f (x) бесконечно дифференцируема в некоторой окрестности точки х =0, и все ее производные в этой окрестности ограничены одним числом: , п = 0,1,2…, то она раскладывается в ряд Маклорена
,
сходящийся в каждой точке этой окрестности к значению функции f (x).
Приведем разложения в ряды Маклорена (степенные ряды) элементарных функций с указанием области сходимости соответствующих рядов.
1) .
2) ,
.
3) , .
4) .
5) .
6)
.
7)
Пример 7. Разложить заданные функции в ряды по степеням и указать области сходимости полученных рядов:
а) ; х 0=0; б) ; х 0=2.
Решение.
а) . Преобразуем заданную функцию: = .
Используя разложение
,
, при y= 4 x, найдем:
,
.
Следовательно, = , окончательно получаем:
=
, .
б) ; х 0=2. Для того чтобы разложить функцию f (x) в ряд по степеням (х−2), представим ее в виде:
.
Используя разложение
,
при , получим:
.
Область сходимости этого ряда определяется неравенством , т. е. или 0 < х < 4.
Следовательно, , и окончательно
получаем:
.
Полученный ряд сходится при .
Приближенные вычисления с помощью степенных рядов
С помощью разложения функций в степенные ряды можно вычислять приближенно определенные интегралы от функций, которые не интегрируются аналитически. Известно, что степенной ряд можно почленно интегрировать по любому отрезку строго внутреннему к его промежутку сходимости и почленно дифференцировать в любой внутренней точке его промежутка сходимости любое число раз, при этом радиус сходимости ряда не меняется.