1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 | == 關於 tan x 的高次微分 == 關鍵在於 D tan x = sec^2 x = tan^2 x + 1, 所以 tan x 的高次微分總是可以寫成 tan x 的多項式, 因此就能運用連鎖律先對那個「多項式」微分後再乘上 tan^2 + 1 即可。 實際計算下來是這樣的: 0: tan x 1: tan^2 x + 1 2: 2 tan x (tan^2 x + 1) = 2 tan^3 x + 2 tan x 3: (6 tan^2 x + 2)(tan^2 x + 1) = 6 tan^4 x + 8 tan^2 x + 2 4: (24 tan^3 x + 16 tan x)(tan^2 x + 1) = 24 tan^5 x + 40 tan^3 x + 16 tan x 5: (120 tan^4 x + 120 tan^2 x + 16)(tan^2 x + 1) = 120 tan^6 x + 240 tan^4 x + 136 tan^2 x + 16 6: (720 tan^5 x + 960 tan^3 x + 272 tan x)(tan^2 x + 1) = 720 tan^7 x + 1680 tan^5 x + 1232 tan^3 x + 272 tan x 7: (5040 tan^6 x + 8400 tan^4 x + 3696 tan^2 x + 272)(tan^2 x + 1) = 5040 tan^8 x + 13440 tan^6 x + 12096 tan^4 x + 3968 tan^2 x + 272 8: (40320 tan^7 x + 80640 tan^5 x + 48384 tan^3 x + 7936 tan x)(tan^2 x + 1) = 40320 tan^9 x + 120960 tan^7 x + 129024 tan^5 x + 56320 tan^3 x + 7936 tan x 以最後一行求八次微分為例,七次微分的結果可以看成是 f7(y) = 5040y^8 + 13440y^6 + 12096y^4 + 3968y^2 + 272 這個多項式函數代入 y = tan x 而成的, 或者寫成 D^7 tan x = f7(tan x) 所以 D^8 tan x = f7'(tan x) * D tan x = f7'(tan x) * (tan^2 x + 1) 前面的多項式微分可以很機械性的做出來,即是 f7'(y) = 40320y^7 + 80640y^5 + 48384y^3 + 7936y, 代入 y = tan x 即得上面 8: 那條式子了 不過係數確實是會快速變大: 可以看出 N 次微分的首項係數是 N!, 而奇次微分的常數項會是 OEIS A000111 的奇數項,這數字的成長速度也跟 N! 差不多 (近似值是 2^(n+2) * n! / π^n,不要問我 π 哪裡來的 XD) 這還只是這兩端比較小的數字,中間數字可以變多大就自行想像吧。 |
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