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数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

 一点进步 2020-08-14

牛顿为了得到正弦函数sinX的无穷级数,他首先用几何方法快速的得出了反正弦函数arcsinX的无穷级数形式,这在上一篇文章已经讨论过了

首先假设sinZ=X

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图一

上一篇中我们已经得到

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图二

因为sinZ=X,所以Z等于

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图三

牛顿由此将上式写成一个等式方程的形式,如下图所示,

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图四

牛顿的锦囊妙计就是,他不直接去求X表示的弧长Z的级数,而是寻思相反的过程。牛顿利用他的逆过程,将Z=arcsinX级数转换成X=sinZ的级数。

首先牛顿舍弃所有指数大于2的项,这样就得到X-Z=0 从而逆级数X=Z

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图五

牛顿认识到舍弃全部高阶项会导致不准确的结果,准确的答案应该具备X=Z+P,其中P是待定的级数,如下图

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图六

将X=Z+P带入arcsinX的级数中得到

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图七

全部展开整理得到如下结果

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图八

牛顿在这里舍弃上述方程中P的2次方,3次方和更高次方项,求解得到

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图九

牛顿进行第二轮删除,他舍弃分子中除Z最低次方外的所有高次方项,舍弃分母中的所有Z的高次方,就得到P=-Z^3/6+q,,这里的q是仍是一个待确定的级数,

此时我们就得到sinZ级数的前两项Z-Z^3/6

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图十

为了确定q,我们将其带入 图七,得到

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图十一

同样可以求出q的值等于Z^5/120,所以我们得到了sinZ级数的前三项

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

图十二

依次类推,牛顿就推导出了正弦函数sinZ的无穷级数的所有项

数学经典赏析:牛顿推导sinX无穷级数的思维方法

牛顿推导sinX的原过程

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