泰勒公式展开 (1+x) 的 x 分之一次方

根据泰勒公式，对于一个在 x_0 处可导的函数 f(x)，其在 x_0 处的泰勒展开式为：

$$ f(x) = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{f^{(n)}(x_0)}{n!} (x-x_0)^n $$

其中，f^(n)(x) 表示 f(x) 的 n 阶导数，n! 表示 n 的阶乘。

对于函数 (1+x)^(1/x)，我们可以取 x_0=0，则有：

$$ (1+x)^{\frac{1}{x}} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{f^{(n)}(0)}{n!} x^n $$

为了求出 f^(n)(0)，我们可以先求出 f(x) 的导数，然后依次求出 f(x) 的高阶导数，再将其带入泰勒公式中即可。

首先，对 (1+x)^(1/x) 取对数，得到：

$$ \ln(1+x)^{\frac{1}{x}} = \frac{1}{x} \ln(1+x) $$

对上式两边求导，得到：

$$ \frac{d}{dx} \ln(1+x)^{\frac{1}{x}} = \frac{d}{dx} \left( \frac{1}{x} \ln(1+x) \right) $$

$$ \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x(1+x)\ln(1+x)} - \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x^2} = \frac{1}{x(1+x)} - \frac{\ln(1+x)}{x^2(1+x)} $$

化简上式，得到：

$$ \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x(1+x)} \left( \frac{1}{\ln(1+x)} - \frac{1}{x} \right) = \frac{1}{x^2(1+x)} - \frac{\ln(1+x)}{x^2(1+x)} $$

将上式写成 f(x) 的形式，即有：

$$ f(x) = (1+x)^{\frac{1}{x}} $$

$$ f'(x) = \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x(1+x)} \left( \frac{1}{\ln(1+x)} - \frac{1}{x} \right) $$

$$ f''(x) = \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x^2(1+x)^2} \left( \ln(1+x) - \frac{x}{1+x} \right) - \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x^2(1+x)^2} \left( \frac{1}{\ln^2(1+x)} - \frac{1}{x^2} \right) $$

$$ f'''(x) = \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x^3(1+x)^3} \left( 2\ln(1+x) - \frac{2x}{1+x} - \ln^2(1+x) + \frac{1}{x} \right) + \frac{2(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x^3(1+x)^3} \left( \frac{1}{\ln^3(1+x)} - \frac{1}{x^3} \right) $$

将 f(x),f'(x),f''(x),f'''(x) 带入泰勒公式中，得到：

$$ (1+x)^{\frac{1}{x}} = 1 + \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1} f^{(n)}(0)}{n!} x^n $$

$$ = 1 + \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1}}{n!} \left[ \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x^n} \left( \frac{1}{\ln(1+x)} - \frac{1}{x} \right)^{(n-1)} \right]_{x=0} x^n $$

$$ = 1 + \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1}}{n!} \left[ \frac{(1+x)^{\frac{1}{x}}}{x^n} \sum_{k=0}^{n-1} \binom{n-1}{k} (-1)^{n-1-k} \frac{k!}{\ln^{k+1}(1+x)} \right]_{x=0} x^n $$

将上式中的二项式系数展开，得到：

$$ (1+x)^{\frac{1}{x}} = 1 - \frac{1}{2} x + \frac{1}{8} x^2 - \frac{1}{16} x^3 + \frac{5}{128} x^4 - \frac{7}{256} x^5 + \frac{21}{1024} x^6 - \frac{33}{2048} x^7 + \cdots $$

综上所述，(1+x)^(1/x) 的 x 分之一次方的泰勒展开式为：

$$ (1+x)^{\frac{1}{x}} = 1 - \frac{1}{2} x + \frac{1}{8} x^2 - \frac{1}{16} x^3 + \frac{5}{128} x^4 - \frac{7}{256} x^5 + \frac{21}{1024} x^6 - \frac{33}{2048} x^7 + \cdots $$