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2020-11-29

计量建模以及经济建模当中Taylor展开方法是常用的方法。在实际应用时,同学们碰到一元函数的Taylor展开感觉比较轻松,但是面对多元函数的Taylor展开会感到有一些困难。我想,感到困难的很大一部分原因是多元函数的Taylor展开函数形式比较复杂。如果能够随时查到完整的公式,会对实际工作会有帮助。下面整理了一元和多元Taylor函数展开公式,希望同学们在使用的时候搜索一下本版,就能找到它。

  • 一元函数在点xkx_k处的Taylor展开式为:
    f(x)=f(xk)+(xxk)f(xk)+12!(xxk)2f(xk)+onf(x)=f(x_k)+(x-x_k)f'(x_k)+\frac{1}{2!}(x-x_k)^2f''(x_k)+o^n

  • 二元函数在点(xk,yk)(x_k,y_k)处的Taylor展开式为:
    f(x,y)=f(xk,yk)+(xxk)fx(xk,yk)+(yyk)fx(xk,yk)+12!(xxk)2fxx(xk,yk)+12!(xxk)(yyk)fxy(xk,yk)+12!(xxk)(yyk)fyx(xk,yk)+12!(yyk)2fyy(xk,yk)+on\begin{aligned} f(x,y) & =f(x_k,y_k)+(x-x_k)f'_x(x_k,y_k)+(y-y_k)f'_x(x_k,y_k)\\ &+\frac{1}{2!}(x-x_k)^2f''_{xx}(x_k,y_k)+\frac{1}{2!}(x-x_k)(y-y_k)f''_{xy}(x_k,y_k)\\ &+\frac{1}{2!}(x-x_k)(y-y_k)f''_{yx}(x_k,y_k)+\frac{1}{2!}(y-y_k)^2f''_{yy}(x_k,y_k)\\ &+o^n \end{aligned}

  • 多元函数(x1,x2,...,xn)(x^1,x^2,...,x^n)在点(xk1,xk2,...,xkn)(x^1_k,x^2_k,...,x^n_k)处的Taylor展开式为:
    f(x1,x2,...,xn)=f(xk1,xk2,...,xkn)+i=1n(xixki)fxi(xk1,xk2,...,xkn)+12!i,j=1n(xixki)(yiyki)fij(xk1,xk2,...,xkn)+on\begin{aligned} f(x^1,x^2,...,x^n) & =f(x^1_k,x^2_k,...,x^n_k)+\sum_{i=1}^{n}(x^i-x^i_k)f'_{x^i}(x^1_k,x^2_k,...,x^n_k)\\ &+\frac{1}{2!}\sum_{i,j=1}^{n}(x^i-x^i_k)(y^i-y^i_k)f''_{ij}(x^1_k,x^2_k,...,x^n_k)\\ &+o^n \end{aligned}

  • 将Taylor展开式写成矩阵的形式:
    f(x)=f(xk)+[f(xk)]T(xxk)+12![xxk]TH(xk)[xxk]+onf({\rm \bf x})=f({\rm \bf x}_k)+[\nabla f({\rm \bf x}_k)]^T({\rm \bf x}-{\rm \bf x}_k)+\frac{1}{2!}[{\rm \bf x}-{\rm \bf x}_k]^TH({\rm \bf x}_k)[{\rm \bf x}-{\rm \bf x}_k]+o^n
    其中H为海塞阵。

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2020-11-29 15:01:58
nuomin 发表于 2020-11-29 13:20
计量建模以及经济建模当中Taylor展开方法是常用的方法。在实际应用时,同学们碰到一元函数的Taylor展开感觉 ...

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2020-11-29 15:27:10
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2020-12-1 21:02:36
主贴中的矩阵H为:

H(xk)=[2f(xk)x122f(xk)x1x22f(xk)x1xn2f(xk)x2x12f(xk)x222f(xk)x2xn2f(xk)xnx12f(xk)xnx22f(xk)xn2] H({\rm \bf x}_k)=\begin{bmatrix} \frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_1^2} & \frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_1\partial{\rm \bf x}_2}&\cdots&\frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_1\partial{\rm \bf x}_n}\\ \frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_2\partial{\rm \bf x}_1}& \frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_2^2}&\cdots&\frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_2\partial{\rm \bf x}_n}\\ \vdots &\vdots&\ddots&\vdots\\ \frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_n\partial{\rm \bf x}_1}&\frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_n\partial{\rm \bf x}_2} &\cdots& \frac{\partial^2f({\rm \bf x}_k)}{\partial{\rm \bf x}_n^2}\\ \end{bmatrix}

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2020-12-3 08:45:52
稍微复杂一些而已,难倒未必哦!
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