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时间:2019-10-21
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1、泰勒公式的应用摘要:泰勒公式是数学分析中的重要组成部分,也是数学中的一类基本问题,本文详细介绍泰勒公式及其应用在数学领域上的几个应用作论述。文章首先是介绍泰勒公式的定义,然后是泰勒公式应用的阐述,休现在求行列式的值、函数极限,计算近似值,求不等式的证明,求初等函数的幕级数展开式。关键词:泰勒公式行列式极限级数近似值不等式泰勒公式是18世纪早期英国牛顿学派最优秀代表人物Z—的英国数学家泰勒,在微积分屮将函数展开成无穷级数而定义出來,泰勒将函数展开成级数从而得到泰勒公式,对于一般函数/,设它在点兀。存在直到"阶导数
2、,由这些导数构成一个八次多项式人(沪/%)+器6-*。)+警……+芒評H,衲函数/在点心处的泰勒多项式,若函数/在点兀0存在直到”阶导数,则有/■(x)=7;(x)+O((x-Xo)")‘即/(X)=/(X。)+广(X。X"-X。)+f缪(X-X。)2+...+f$)(x-x0)+0((x-xoy)称为泰勒公式。众所周知泰勒公式是数学分析中非常重要的内容,它的理论方法己经成为研究函数极限等方面不可或缺的数学工具,泰勒公式在分析和研究数学问题中有着重要作用,它可以应用于求极限、判断函数极值,判断行列式的值、函数的
3、极限,计算近似值,求不等式的证明等方面。利用泰勒展式求函数的幕级数展开式如果函数/(X)在x=x()处存在任意阶的导数,这时称形式为/(兀0)+/'(xoXx—Xo)+f(兀一兀0尸++/YJ(无_兀。)"+(1)2!n的级数为函数/(兀)在心的泰勒公式。如杲于(兀)能在兀。的某领域上等于其函数级数的和函数,则称函数/(x)在X。的这领域内可以展开成泰勒公式,并称等式/(兀)=/(兀0)+广(兀0灭兀_兀0)+/]:°)(兀_兀0)2++~~(X-xo)n+2!n的右边为在处的泰勒展开式,或称幕级数展开式。
4、在实际应用上,主耍讨论函数在心=0处的展开式,这时(1)式可以写作称为麦克劳林级数。例1f(x)=(1+x)a(ag/?)展开成幕级数解.f0,)(X)=6Z(6/-1)……(6/-72+1)(1+旷/ITT•f(n)(0)=a(a-l)(d—z?+l),(n=0,1,2,3)q(q—1)2a(a-l)……(a-n+1)n1+QX+X++X+:.R=l^t(JI)内,若a”+1an2!/?!•••lim冷)=1+心……+心7……g+u+n如“+疋-1)兀+……+讹T)……g+D+(n-1)!xsfM=ax+
5、a(a-l)x2+……+心1)……(。十1)疋+(〃一1)!(m-1)(m-n-1)(nt-1)(m-n)m(m-1)(jn-n+1)n利用(/i-l)!+n•••(1+x)s'(x)兀++/(-1)……@7+1)严+2!n!as(x)竺=厶,且思(0)=1s(x)1+X两边积分f普泸=I总G(T」)得Ins(x)-In5(0)=aln(l+x)即Ins(x)=ln(l+x)a:.5(x)=(1+x)a、xe(-1J)(1+x)a牛顿二项式展开式1+姒+^^/++讹一1)……(07+1"+兀*1,1)2!川
6、注意:在兀=±1处收敛性与a的収值有关-l7、2在(0,1)内至少存在一点歹,使得厂②王12分析;能将函数及其一阶导、二阶导数、三阶导数联系在一起的唯有泰勒公式,要判断厂(012,自然考虑对Vxe[0,1]在77点展开泰勒公式。(Vxe[0,1]),其41『在7J与X之间证明:考虑到区间[0,1],分别取X为区间的断点,当兀=[0,1]时,取歹=丄,由泰勒公式得+广rrfl-11I2丿/(!)=/”1if、32丿+广r+—12fo-r2+-叫2)3,爲GjJI2丿2!I2丿3!I2>7zJ2丿++2!3!1--2丿/(0)=/两式相减并化简得厂点)+严(8、打=24因此,至少有一个的函数值不小于12,即xlnx+yiny>("An宁x>0,y>0y)证明:令/(r)=rln(z)('>0)则广(/)=lnf+l厂心〉0・••□)"Inf在()或()x>0,y>0是凹的,于是即i[xlnx+ylny]>^ln^±2即xlnx+7ln7>(%+>,)ln£±2例4设广(兀)在[0,1]上的二阶导数连续/(0)=/(I)=0并且当xe(0,l)
7、2在(0,1)内至少存在一点歹,使得厂②王12分析;能将函数及其一阶导、二阶导数、三阶导数联系在一起的唯有泰勒公式,要判断厂(012,自然考虑对Vxe[0,1]在77点展开泰勒公式。(Vxe[0,1]),其41『在7J与X之间证明:考虑到区间[0,1],分别取X为区间的断点,当兀=[0,1]时,取歹=丄,由泰勒公式得+广rrfl-11I2丿/(!)=/”1if、32丿+广r+—12fo-r2+-叫2)3,爲GjJI2丿2!I2丿3!I2>7zJ2丿++2!3!1--2丿/(0)=/两式相减并化简得厂点)+严(
8、打=24因此,至少有一个的函数值不小于12,即xlnx+yiny>("An宁x>0,y>0y)证明:令/(r)=rln(z)('>0)则广(/)=lnf+l厂心〉0・••□)"Inf在()或()x>0,y>0是凹的,于是即i[xlnx+ylny]>^ln^±2即xlnx+7ln7>(%+>,)ln£±2例4设广(兀)在[0,1]上的二阶导数连续/(0)=/(I)=0并且当xe(0,l)
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