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为什么 exe^x 的麦克劳林系数对所有 n 都等于 1/n1/n!?

exe^x 的麦克劳林系数等于 1/n!1/n!,因为指数函数的每一阶导数都是该函数本身。当在展开点 x=0x=0 处求 nn 阶导数时,结果始终是 e0=1e^0 = 1。将这个常数值代入通用系数公式 cn=f(n)(0)/n!c_n = f^{(n)}(0) / n!,对所有 nn 都得到 cn=1/n!c_n = 1 / n!。

适用条件

  • 函数是 f(x)=exf(x) = e^x。
  • 展开以 x=0x=0 为中心(麦克劳林级数)。
  • 应用通用泰勒系数公式 cn=f(n)(a)/n!c_n = f^{(n)}(a) / n!。

理解与推导

  1. 回忆麦克劳林级数第 nn 个系数的通用公式:cn=f(n)(0)/n!c_n = f^{(n)}(0) / n!。
  2. 识别指数函数的性质:其 nn 阶导数对所有 nn 都是 f(n)(x)=exf^{(n)}(x) = e^x。
  3. 在中心 x=0x=0 处求 nn 阶导数的值:f(n)(0)=e0=1f^{(n)}(0) = e^0 = 1。
  4. 将该值代入系数公式:cn=1/n!c_n = 1 / n!。
  5. 得出麦克劳林级数为 ex=∑n=0∞xn/n!e^x = \sum_{n=0}^{\infty} x^n / n! 的结论。

例子

脚本指出:“指数函数的所有导数都等于其自身。在零处,每个导数都等于一,所以其麦克劳林系数是 1/n1/n!。”

容易误解的地方

  • 假设 exe^x 的导数会循环或改变形式,从而导致交替的符号或不同的系数。
  • 忘记在除以 n!n! 之前在中心点 x=0x=0 处求导数的值。

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