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常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)例如,sin x 和 tan x 的展开式为:在处理极限问题是我们更多用的是 x0=0 时的泰勒公式,也称为麦克劳林公式:其中 Rn(x)是余项,可以有两种形式,一种称为拉格朗日余项,即适用于展开式的误差估计,以及其他更加精细的操作,其中 ξ 介于 x 和 x0 之间。另一种称为皮亚诺余项,即表示展开式带有这么一个误差项,大致和 (xㄧx0)^n 等价的一个无穷小。

“初次见你,我是那么讨厌你,后来的生活越来越离不开你,现在你是我心中的女皇。” ——献给美丽的泰勒公式


1. 初识泰勒公式

当我们开始上高数课或数分课大约二个月的时候,就会碰到这个令人生厌的泰勒公式,因为她太麻烦太复杂。一是她有那么多项,二是她要我们求那么多的各阶导数,三是带着一个不知道是几的中值余项,拜托,既然不知道中值是几,还弄出这个余项干么?哦,打住,别抱怨,你会慢慢爱上她的!!!

2.极限问题的核心

当 x>0 很小时,考虑 x、sin x 和 tan x 的差别有多大?回答这个问题首先要确定一个标准,就是他们之间是简单倍数关系?还是“数量级”的不同?对于初学者来说,可能还需要不少脑洞。但对于进阶者来说,马上就可以知道结果,因为当 x→0 时 sin x ~ tan x ~x,三者是等价的,不太确切地说是三者几乎相等(注意不是绝对相等)。哦,你觉得简单说明你已经差不多理解等价无穷小了。

那么进一步,把三者稍微运算一下,看看当 x>0 很小时,tan xㄧsin x 和 x^2 的差别有多大?稍有经验的同学懂得乘积情况下,因子可以用等价无穷小替换来求极限,故前者比后者小的多,因为 tan xㄧsin x=sin x (1ㄧcos x)/cos x~(x^3)/2,他比 x^2 小的多,完全不在一个“数量级”,这里所说的“数量级”其实就是 x 的次数,tan xㄧsin x 相当于 x ^3,他远远小于 x^2 。瞧,这就是阶的比较。

其中 Rn(x)是余项,可以有两种形式,一种称为拉格朗日余项,即

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(1)

适用于展开式的误差估计,以及其他更加精细的操作,其中 ξ 介于 x 和 x0 之间。另一种称为皮亚诺余项,即

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(2)

表示展开式带有这么一个误差项,大致和 (xㄧx0)^n 等价的一个无穷小。

在处理极限问题是我们更多用的是 x0=0 时的泰勒公式,也称为麦克劳林公式:

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(3)

例如,sin x 和 tan x 的展开式为:

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(4)

泰勒公式在求函数极限时有很高的效率,原因在于应用泰勒公式可以方便地求出函数的主项,如 sin x 和 tan x 的主项都是 x,而 tan xㄧsin x 的主项为 (x^3)/2,这是因为 tan xㄧsin x 的泰勒公展式为:

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(5)

同理 sin xㄧx 的主项为 ㄧ(x^3)/6, sin xㄧx (x^3)/6主项为 (x^5)/120。

温馨提示: 应用泰勒公式可以方便地求出函数的主项。

许多复杂的函数极限问题,应用泰勒公式都可以完美解决。

4.一个复杂的例子

本例来源于吉米多维奇习题集第1407号问题:

求 tan(sin x)ㄧsin(tan x) 的主项。

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(6)

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(7)

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(8)

因此有下列极限

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(9)

5.美丽的泰勒公式

高数大厦起极限 阶的比较破万难 敢问阶路在何方 泰勒公式若等闲

玩不转泰勒公式,请不要说“高数我能行”

玩不转泰勒公式,请不要说“我是数学人”

常用20个泰勒公式(强悍的泰勒公式)(10)

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