考研數學第三章複習 泰勒公式

2021-10-03 04:26:52 字數 2415 閱讀 2173

目錄

一、泰勒公式的出現

二、推導泰勒公式

三、泰勒中值定理1

四、泰勒中值定理2

泰勒公式出現的原因是有一些比較複雜的函式,為了便於研究往往希望用一些簡單的函式來近似表達。用多項式只對自變數進行有限次的加減乘三種運算,便能求出它的函式值來。

於是呢,假設fx在x0處有n階導數,嘗試找出乙個關於x-x0的n次多項式

來近似表達fx,要求使得pn(x)與f(x)之差是當x趨於x0時比(x-x0)的n次方高階的無窮小。

課本上直接給出了假設說要假設pn(x)在x0處的函式值及它的直到n階導數在x0處的值依次與fx0,f'x0,......f(x0)的n次求導相等

其實這個假設有些為時尚早,因為我們的目的是它倆之差為比(x-x0)的n次方高階的無窮小。

我們應該從證明過程中去推導,這樣才是嚴謹的數學過程:

首先既然是比(x-x0)的n次方高階的無窮小,那麼很明顯求比的極限應該=0.

那我們看看他們比的極限是什麼

不要看倒數第二行,他是應用了假設,不影響結果是

f(x0)的n次導數=pn(x0)的n次導數

由於rn是比(x-x0)的n次方高階的無窮小,所以,不管n取多少,上式都是成立的。

所以我們要找的pn(x)滿足:

然而課本一開始就告訴我們要這麼假設,反而失去了證明的樂趣。

這樣就可以確定係數a0~an了

其實我們上面的證明就相當於證明了f(x)就是可以用pn(x)和乙個(x-xo)的n次方的高階無窮小(即rn(x))來表示

泰勒中值定理的意思就是假如我們把fx表示成rn(x)和pn(x)的和了,那麼這個rn(x)就一定是比(x-xo)的n次方高階的無窮小。

上面的證明就可以作為泰勒公式的證明(不用去掉公式第三行了,因為假設就已經把pn定出來了)。

然後總結一下:

上式被稱為函式fx在x0處(或者說是按照x-x0的冪展開)的n次泰勒公式

上式被稱為函式fx在x0處(或按照x-x0的冪展開)的帶有佩亞諾(peano)餘項的n階泰勒公式,而rn(x)的表示式

被稱為佩亞諾餘項。

泰勒中值定理1只是給出了rn的性質,並不知道rn具體是什麼。而泰勒中值定理2則解決了這個問題。

關於泰勒公式2的證明過程

我沒想到它是用了柯西中值定理來證明的,很靈性。

對於這個新定理**現的公式

叫做函式fx在x0處(或者按x-x0的冪展開)的帶有拉格朗日餘項的n階泰勒公式,而rn的表示式

稱為拉格朗日餘項。

這為啥跟拉格朗日扯上關係呢,可能是因為

泰勒中值定理2已經把rn進一步細化了,我們可以根據其表示式來近似估計誤差,於是有下面的誤差估計式:

另外當x0取0的時候,就不叫帶有佩亞諾餘項的泰勒公式,也不叫帶有拉格朗日餘項的泰勒公式了,而是

帶有佩亞諾餘項的麥克勞林公式,帶有拉格朗日餘項的麥克勞林公式。

另外由於x=0,因此ξ也可以=θx了,0

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