多个函数乘积的泰勒展开

对于函数 f,g,其中 fm 阶无穷小,gn 阶无穷小,将 fg 展开到 p 阶的方法为:

  1. f 展开到 pn 阶;
  2. g 展开到 pm 阶;

对于三个函数的情形,也是同理,对于 fgh,分别是 m,n,k 阶的无穷小:

  1. 将 f 展开到 pnk
  2. 将 g 展开到 pmk
  3. 将 h 展开到 pmn 阶;

例如,对于函数 ln(1+x)sinx 展开到 4 阶,首先 ln(1+x),sinx 均为一阶无穷小。
于是就将 ln(1+x),sinx 都展开到 3 阶即可,即:

ln(1+x)=x12x2+13x3+o(x3)sinx=x16x3+o(x3)

这种展开的本质是什么?

  1. 如果展开的过高,会造成无用的计算量,如果只用展开到 k 阶,但是两个函数的泰勒展开的乘积后,却出现了高于 k 阶的项,这是没有必要的。例如:
    我们要将函数 ln(1+x)sinx 展开到 4 阶,那么假如展开的过高,例如 [x12x2+13x314x4+o(x4)][x13x3+o(x3)],则会出现项 112x7,而该项显然是不用考虑的;
  2. 如果展开的过低,会使得运算无法进行下去,例如泰勒展开式的乘积后,最高次项为 x2,那么就无法与 x4 进行极限运算;

故而,所谓的 fm 阶无穷小,gn 阶无穷小,就是将 f 展开的最高阶数的限制。不是一个法则。