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2010 | OriginalPaper | Chapter

Asymptotic Expansions

Author : Kenneth Lange

Published in: Numerical Analysis for Statisticians

Publisher: Springer New York

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Asymptotic analysis is a branch of mathematics dealing with the order of magnitude and limiting behavior of functions, particularly at boundary points of their domains of definition [1, 2, 4, 5, 7]. Consider, for instance, the function

$$f(x) = \frac{x^2 + 1}{x + 1}.$$

It is obvious that

f

(

x

) resembles the function

x

as

$$x \rightarrow \infty$$

. However, one can be more precise. The expansion

$$\begin{array}{rcl}f(x) &&= \frac{x^2 + 1}{x(1 + \frac{1}{x})}\\ &&= \left(x + \frac{1}{x}\right)\sum\limits_{k = 0}^{\infty}\left(\frac{-1}{x}\right)^{k}\\ &&= x - 1 - 2\sum\limits_{k = 1}^{\infty}\left(\frac{-1}{x}\right)^{k}\end{array}$$

indicates that

f

(

x

) more closely resembles

x

− 1 for large

x

. Furthermore,

f

(

x

) −

x

+ 1 behaves like 2/

x

for large

x

. We can refine the precision of the approximation by taking more terms in the infinite series. How far we continue in this and other problems is usually dictated by the application at hand.

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Metadata
Title
Asymptotic Expansions
Author
Kenneth Lange
Copyright Year
2010
Publisher
Springer New York
DOI
https://doi.org/10.1007/978-1-4419-5945-4_4