MATLAB,Python,Scilab,Julia比較 第5章 その62【マクローリン展開⑧】

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はじめに
登場人物
【再掲】sin関数のマクローリン展開
【再掲】sin関数のマクローリン展開のプログラムフロー
MATLABコード
処理結果
まとめ

はじめに

マクローリン展開のおおよその説明をしたところ。
今回は、sin関数のマクローリン展開をMATLABで演算しプロットするプログラムを作成

登場人物

博識フクロウのフクさん

イラストACにて公開の「kino_k」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=iKciwKA9&area=1

エンジニア歴8年の太郎くん

イラストACにて公開の「しのみ」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=uCKphAW2&area=1

【再掲】sin関数のマクローリン展開

太郎くん

まずは、sin関数のマクローリン展開を再掲。

\(
\begin{eqnarray}
\displaystyle f(x)&=&f(0)+\frac{f^\prime(0)}{1!}x+\frac{f^\prime\prime(0)}{2!}x^2+\dots\\
\displaystyle &=&f(0)+\sum_{n=1}^\infty\frac{f^n(0)}{n!}x^n\\
\displaystyle \sin(x)&=&x-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\frac{x^7}{7!}+\dots\\
\displaystyle &=& \sum_{n=0}^\infty\frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!}
\end{eqnarray}
\)

フクさん

今回はMATLABでsin関数のマクローリン展開で演算＆プロットする。

【再掲】sin関数のマクローリン展開のプログラムフロー

太郎くん

そして、プログラムフローも再掲。

プロット数、プロット範囲、x軸の定義
nの次数列を定義
次数列に応じて以下を繰り返す
sin関数のマクローリン級数を演算
演算結果をプロット

MATLABコード

フクさん

MATLABコードは以下。

P=1000; % プロット数
L=2*pi;    % -L～+Lの範囲
x=linspace(-L,L,P); % x軸

Ns = [0,1,2,3,4,5]; % n数セット
K=length(Ns);
for i = 1:K
    N=Ns(i); % n数
    Maclaurin_series = zeros(1,P);
    
    % Σ(-1)^n x^(2n+1) / (2n+1)!
    for n = 0:N
        Maclaurin_series = Maclaurin_series + (-1)^n*(x.^(2*n+1))./factorial(2*n+1);
    end
    
    subplot(3,ceil(K/3),i );
    hold off;
    plot(x,sin(x),'LineWidth',3);
    hold on;
    plot(x,Maclaurin_series,'r','LineWidth',2);
    title(sprintf('n=%d',N),'FontSize',24,'FontWeight','bold');
    xlim([-L,L]);
    ylim([-1.5,+1.5]);
    grid();
end