张瑞
中国科学技术大学数学科学学院
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若在处可导,则在附近,有
即,在附近,可以用1次多项式近似。
类似地,若在附近有阶导数,是否可以用次多项式来近似?
记n次多项式为
则
若,则有。
定义 1.
称
为函数在点的n阶Taylor多项式。
定理 1. (Lagrange余项)
在区间上有阶导数,。则,有
其中称为Lagrange型余项, 在与之间。
证: 记
则是一个次多项式。记,则有
这样,
以此类推,
而
所以
定理 2. (Peano余项)
在有直到阶的导数,在含的区间内有直到阶的导数,则
其中,
称为Peano型余项。
证: ,由L'Hostpital法则,
定义 2.
取,称为Maclaurin公式。
1.
2.
3.
4.
5.
其中
其中
其中
其中
其中
例 1. Maclaurin展开
例 2. Maclaurin展开
例 3. Maclaurin展开 到项
例 4. Maclaurin展开 到项
例 5. Maclaurin展开 到项
例 6. Maclaurin展开 到项
例 7. Maclaurin展开 到项
例 8. ,求。
例 9. 在处展开
1.
2.
3. 展开到项
4.
例 10.
例 11.
1.
2.
所以
例 12.
例 13.
例 14.
如何知道Taylor展开的需要的阶?看看如下形式的极限,
(1) ,
(2)
(3)
例 15.
例 16.
例 17.
例 18.
3.
则把分子也展开到项
4.
例 19. 设有二阶导数连续,且 , 。求
例 20. 在处二阶可导,求
例 21. [复习题] 在的某邻域内有连续的阶导数,
且,证明:
1.
比较可得,
则有
令
即有
例 22. 在有连续的三阶导数,, ,,证明: ,满足
例 23. 在上有连续的二阶导数,,证明: , s.t.
6. ,在处Taylor展开
7. 分别在,点展开,
定理 3.
设上的函数,满足,则
,有
更一般地,正数,满足, 则,有
证: 令,在处Taylor展开,
则有
误差不超过
为的上界
例 24. 求近似值
例 25. 求近似值
例 26. Thanks
26.
例 27. 在中满足,且,证明:
2. 由题知是等价无穷小。所以
Taylor展开
由,则
即有
例 28. 在上定义,且存在。又, , 证明:
例 29. 在上定义,且有连续的二阶导数。又存在, 在上有界, 证明:
4.
则
5. 由Taylor公式,
则
有
,由有界,,使得。固定,由,则,当时,
即有
例 30. 在上三次可导,证明:,满足
8.(待定常数法) 设满足
则,问题变为,满足
令
则 。
由Rolle,,满足,即
与在处的Taylor展开比较
即可得到结论