Fehler Restglied Taylor-Formel

Erste Frage Aufrufe: 810     Aktiv: 02.06.2020 um 21:31

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Ich habe leider große Schwierigkeiten damit, zu verstehen, wie der Fehler (die obere Schranke) im Restglied in der Taylor-Formel berechnet wird.

In zahllosen Videos und Antworten hier im Forum gibt es (scheinbar) beliebig viele Vorschläge. Schon schlimm genug dass die Variable für den Fehler mal c,t,xi oder wie auch immer bezeichnet wird.

Gibt es denn nicht eine step-by-step Anleitung dafür; oder anders formuliert, wie würde ein Algorithmus lauten, wenn es ein Programm machen müsste?

 

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Student, Punkte: 12

 

Könntest du vielleicht genauer erklären, was du meinst? Es ist nämlich nicht klar, was ein "Fehler im Restglied" sein soll. Und was ist die "obere Schranke" von der du sprichst? Ein Beispiel wäre vielleicht ganz hilfreich.   ─   42 01.06.2020 um 02:21

Hallo. Genau das wollte ich eben nicht, das anhand (noch eines) Beispieles erklärt bekommen, sondern anhand eines Prozesses. Habe es aber inzwischen durch endloses Wiederholen von Videos verstanden. Zumindest soviel, wie darin steckt...   ─   ralfbausb 02.06.2020 um 11:27

Ich meinte auch eigentlich ein Beispiel von dir, in dem du erklärst, was eigentlich genau deine Frage ist. Aber da es sich geklärt zu haben scheint, ist das dann wohl hinfällig.   ─   42 02.06.2020 um 13:32
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Hallo,

auch wenn es scheint das alles verstanden wurde, will ich trotzdem noch einmal etwas dazuschreiben. Es geht vermutlich darum das Restglied über 

$$ |R_{n}f(x;a)|=\left|{\frac {f^{(n+1)}(\xi )}{(n+1)!}}(x-x_0)^{n+1}\right|\leq \sup _{\xi \in (\mathrm{min}(x,x_0),\mathrm{max}(x,x_0))}\left|{\frac {f^{(n+1)}(\xi )}{(n+1)!}}(x-x_0)^{n+1}\right| $$ 

zu bestimmen. Nun bekommt man meistens zuerst Funktionen wie den Sinus oder Kosinus vorgesetzt und diese sind beschränkt. Die obere Schranke kann also ganz allgemein bestimmt werden und so ein maximaler Fehler der Funktion angegeben werden.

Dies funktioniert allerdings nicht bei allen Funktionen. Bei allen anderen Funktionen wird das Restglied erstmal allgemein in Abhängigkeit von \( \xi \) bestimmt. 

Beispielsweise ist das Restglied der Exponentialfunktion für \( n = 3 \)

$$ \left| \frac {e^{\xi}} {24} (x-x_0)^4 \right| $$

Das Restglied kann erstmal nicht weiter bestimmt werden. Da aber die Taylorentwicklung am besten um \( x_0 \) approximiert könnten wir jetzt beispielsweise sagen, wir wollen wissen wie "hoch" der Fehler an der Stelle \( x=1 \) ist. Nehmen wir noch an der Entwicklungspunkt sei \( x_0 =  0\), dann würden wir den Fehler

$$ \frac {e^\xi} {24} (1-0)^4 = \frac {e^\xi} {24} $$

Dies ist nun eine Funktion in Abhängigkeit von \( \xi \in ( \min(x,x_0), \max(x,x_0) ) = (0,1) \). Da die Exponentialfunktion monoton steigend ist, ist der maximale Fehler bei \( \xi = 1 \) und wir erhalten

$$ R_4(1) =  \frac {e^1} {24} \approx 0{,}113  $$

Wenn du magst kannst du testweise mal den maximalen Fehler an der Stelle \( x=-1 \) bestimmen. Ich gucke gerne nochmal drüber.

Du siehst also, das nicht zu jeder Funktion einfach eine obere Schranke gefunden werden kann. Bei Funktionen bei denen das nicht geht, ist der Fehler abhängig vom Entwicklungspunkt und betrachter Stelle.
Man kann auch für Funktionen wie den Sinus erstmal allgemein eine Funktion finden die den Fehler beschreibt. Wenn wir die Ganze Funktion durch die obere Schanke \( 1 \) abschätzen, haben wir nur einen maximalen Fehler. Dieser kann aber je nach betrachteter Stelle wesentlich kleiner ausfallen als durch diese Abschätzung berechnet. 

Grüße Christian

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Vielen Dank für die Antwort! Das kann ich gut verstehen und verwenden. Trifft genau den Punkt! LG   ─   ralfbausb 02.06.2020 um 16:55

Das freut mich sehr zu hören. Die Restgliedabschätzung hat mich auch lange beschäftigt weil die Übungsaufgaben und Beispiele nur die ziemlich trivialen Fällen wie den Sinus behandelt haben und keiner es mal wirklich vernünftigt erklärt hat. Wenn man es dann hört macht es plötzlich Sinn :D   ─   christian_strack 02.06.2020 um 21:31

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