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Padé 逼近

泰勒多项式是只会加法的逼近者,撞上离原点最近的奇点就寸步难行。 Padé 把同样的前 m+n+1 项系数解成商 R=P/Q, 有理函数自己长出极点 —— 于是 1/(1+z) 的 [0/1] 一阶就恒等: |z|<1 的收敛墙没了。误差热图双视图,泰勒与 Padé 同屏对账。

逼近对象

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点样本换函数;[m/n] 阶滑杆配平 —— 系数吃进 m+n+1 项,泰勒同阶对照自动跟上。

误差热图
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  • 误差 < 10⁻⁶(冷蓝:贴住了)
  • 误差 ≥ 1%(暖红:逼近塌方区)
  • 金圈 = 泰勒收敛墙 · 橙叉 = R 的极点

逼近账本

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阶 [m/n](吃进系数 m+n+1 项)
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R(z) 的分子 P / 分母 Q 系数
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Q 的根(= R 的极点,DK 求解)
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泰勒收敛墙半径
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墙外典型点误差(Padé vs 泰勒同阶)
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光标处双误差
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"墙外典型点":每样本配一个墙外考点(如 1/(1+z) 的 z=2),当场比对两个逼近者的相对误差 —— 穿墙战报。

阶与图层

分子阶 m
3
分母阶 n
3

"Pade→泰勒"切换热图通道:看同一误差场里,冷蓝区如何从 |z|<1 的孤岛蔓延成穿墙大陆。

怎么"解"出一个逼近

要求 f·Q − P = O(z^{m+n+1})。比较 z^{m+1}…z^{m+n} 的系数, 得 n×n 的 Hankel 线性系统(矩阵元素全是泰勒系数)解出 Q;再回代低阶系数即得 P。 所以 Padé 不额外要任何信息 —— 它只是把同一批泰勒系数"重新装裱"成商。

穿墙 Q 的根自动站到 f 的奇点上:1/(1+z) 的 [0/1] 解出 q₁=1,R 与 f 恒等 —— 墙被拆了
退化 Hankel 奇异时 [m/n] 不存在(1/(1+z) 的 [2/2])—— 不是 bug:低阶已精确,高阶信息全是冗余
整函数也要商 eᶻ 无奇点,但左半平面八阶泰勒差 200+;对角 [7/7] 把误差砸到 7.5×10⁻⁶ —— 多项式不会"指数衰减",商可以

怎么玩

  1. 开局看"1/(1+z) 一阶穿墙"。[0/1]:热图整张冷蓝 —— 有理式与真函数恒等;切"泰勒"通道,金圈外立刻烧红。墙就是墙。
  2. 把 n 加到 2 试 [0/2]。账本里 Q 变 1+z²?不 —— 样本没变,[2/2] 直接报"退化":Hankel 奇异,一阶已封神。
  3. 换 eᶻ,拉 [7/7]。整函数的"墙"在 ∞:看左半平面泰勒残火的红如何被对角 Padé 一寸寸扑灭。
  4. 1/(1+z²) 看极点显形。橙叉精确落在 ±i —— Padé 的 Q 就是奇点探测器,比 Rouché 数根更直接。
  5. ln(1+z) 看割线代偿。支点没有对应的 Q 根,但假极点串成"栅栏"沿负实轴排开,误差衰减仍完胜同阶泰勒。

跟"级数"和"延拓"页什么关系?

series 页展示泰勒如何被收敛半径圈死;continue 页用解析延拓绕过去; Padé 是第三条路:原地换形态,让同一个幂级数自己长出穿墙的商。 三页连读,正好是"奇点"问题的三种答案。