Polynômes de Taylor

Calcul à une variable depuis les premiers principes

Un polynôme de Taylor approche une fonction compliquée près d'un point par un polynôme simple, construit pour faire coïncider la valeur de la fonction, sa pente, sa courbure, et ainsi de suite, exactement en ce point. Faites-en coïncider suffisamment et le polynôme épouse étroitement la courbe au voisinage.

L'idée est par couches. Une constante fait coïncider la hauteur. Ajoutez un terme linéaire et vous faites aussi coïncider la pente (c'est la tangente). Ajoutez un terme quadratique et vous faites coïncider la courbure. Chaque nouveau terme fixe une dérivée de plus.

Faites varier le nombre de termes dans la figure et observez un polynôme de bas degré se détacher de la courbe, tandis qu'un polynôme de degré supérieur s'y accroche sur une plage plus large.

Où cela apparaît en MLLe développement de Taylor est partout en optimisation. La descente de gradient utilise le terme de Taylor linéaire (premier ordre), avançant le long de la pente. La méthode de Newton utilise le terme quadratique, ajustant une parabole et sautant vers son minimum. Toute la hiérarchie des optimiseurs se ramène à « combien de termes de Taylor garde-t-on ? » Et linéariser une non-linéarité près de…
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