Un campo muy importante en matemáticas es el de la aproximación de funciones. Una de las herramientas utilizadas para ello es el llamado polinomio de Taylor, que consiste en que dada una función f(x) se propone la expresión de un polinomio que sustituya a la propia función f(x). Dado que ambas funciones no son realmente la misma en la aproximación se comete un cierto error. La validez de dicha aproximación dependerá del error cometido. Siempre que el entorno de trabajo nos determine que el error cometido en dicha sustitución es aceptable, la aproximación la consideraremos como válida.
Existen diversas técnicas de aproximación de funciones. En este capítulo abordamos la creación del polinomio de Taylor.
Taylor propuso aproximar una función mediante un polinomio y que la aproximación fuera en un punto fijado de la función, tal y como se muestra en la figura siguiente:
Gráfica de la aproximación de una función mediante el polinomio de Taylor
Veamos algunos aspectos de la aproximación de Taylor:
- La aproximación es local, es decir, se realiza alrededor de un punto concreto que en la gráfica es x0.
- En el punto x0 la función y el polinomio que la aproxima coinciden. También coinciden todas las derivadas de ambos hasta orden n (que es el grado del polinomio) en el mismo punto.
- En un punto cualquiera que no sea x0, por ejemplo el mostrado en la gráfica como a, al usar el polinomio en lugar de la función se comete un error.
Ahora bien:
¿Cómo se obtiene la expresión del polinomio de Taylor?
La fórmula de cálculo es:
También podemos decir que cualquier función que sea n-derivable en un punto x0, puede aproximarse mediante:
En los próximos artículos veremos cómo aplicar la anterior fórmula y obtener las aproximaciones mediante el polinomio de Taylor para funciones como:
- La función exponencial, ex.
- La función seno, sin x.
- La función coseno, cos x.
Muy interesante el artículo, Carlos. ¿Cuándo suelen usarse los Polinomios de Taylor en situaciones reales? ¿Para el cálculo de fuerzas que actuan sobre estructuras, por ejemplo?
Gracias, un saludo!
Por ejemplo. Pero en aplicaciones Físicas, y por lo tanto en Ingeniería, en modelos matemáticos donde estudiemos localmente la función.
Tus explicaciones son extraordinarias.
Llevo varias años dedicándome a las clases particulares y, al investigar, nunca he encontrado tanta concisión en tan poco espacio.
Te recomendaré a mis alumnos y muchas gracias por compartir tu buen hacer.