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linear approximation · (1+x)ⁿ ≈ 1 + nx

近似计算:x 很小时 (1+x)ⁿ ≈ 1 + nx

(1+x)n(1+x)^n二项式定理 展开得 1+nx+C(n,2)x2+C(n,3)x3+{1 + n\cdot x + C(n, 2)\cdot x^2 + C(n, 3)\cdot x^3 + \dots}。当 x 很小时,x2x^2 及更高次项是「小量的小量」,量级迅速衰减,可以丢弃——只保留前一两项,就得到工程上极常用的线性近似 (1+x)n1+nx(1+x)^n \approx 1 + n\cdot x,误差主项是被丢掉的 C(n,2)x2C(n, 2)\cdot x^2,随 x 平方衰减。

1 · 丢掉高次项,误差有多大

linear approximation · (1+x)ⁿ ≈ 1 + n·x

拖动 nx,对照精确值 (1+x)n(1+x)^n、一阶近似 1+nx{1 + n\cdot x} 与二阶近似 1+nx+C(n,2)x2{1 + n\cdot x + C(n, 2)\cdot x^2} 三者。x 越接近 0,近似越准;补上二阶项后,剩余误差会再降一个量级。

这正是泰勒展开(Taylor series)的雏形:把光滑函数在某点附近写成幂级数,只取前几项作近似。二项式定理放宽到任意实数指数后(广义二项式定理,binomial series),同一形式给出 (1+x)α(1+x)^\alpha 的展开,是估算 (1+x)1+x/2\sqrt (1+x) \approx 1 + x/2、相对论因子等的基础工具。误差随保留项数增加而按 x 的更高次幂衰减,故仅在 |x| 较小时才可靠。

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