泰勒公式的证明及应用
泰勒公式的证明及其应用课题意义怎么写
泰勒公式的证明及其应用课题意义怎么写泰勒公式是数学中一个重要的公式,可以用来展开一个函数在某一点处的函数值,从而得到该点处的函数表达式。
证明泰勒公式及其应用是一个复杂的数学问题,下面将给出一些介绍:一、泰勒公式的证明设$f(x)$在点$x_0$处具有$n$阶导数$f'(x_0)$,则在该点附近可以表示为:$$f(x) = f(x_0) + f'(x_0)(x-x_0) +frac{f''(x_0)}{2!}(x-x_0)^2 + frac{f'''(x_0)}{3!}(x-x_0)^3 + cdots + frac{f^{(n)}(x_0)}{n!}(x-x_0)^n + R_n(x)$$其中$R_n(x)$为余项,它只与前$n-1$个项有关。
余项$R_n(x)$可以表示为:$$R_n(x) = frac{f^{(n+1)}(c)}{(n+1)!}(x-x_0)^{n+1} - frac{f^{(n)}(x_0)}{n!}(x-x_0)^n$$其中$c$是$x$和$x_0$之间的某个数。
泰勒公式的证明思路可以看作是将$f(x)$展开成一个多项式,并根据多项式的阶数和系数确定余项$R_n(x)$。
二、泰勒公式的应用泰勒公式在许多领域都有广泛的应用,包括:1. 数值计算:泰勒公式可以用来将一个复杂的函数逼近一个数值值,从而进行数值计算。
2. 数学分析:泰勒公式可以用来证明函数的连续性,并在微积分中应用。
3. 物理学:泰勒公式可以用来描述函数在时间和空间上的分布,从而研究物理系统的运动状态。
4. 统计学:泰勒公式可以用来估计一个函数的自变量取值范围,从而进行统计学推断。
泰勒公式是一个数学工具,它的证明和应用具有很高的实用价值。
用数学归纳法证明泰勒公式
用数学归纳法证明泰勒公式
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一、引言
泰勒公式是数学上著名的级数展开公式，它可以用来求解函数在某一点的近似值，并且可以用来求解有限次复杂函数的精确值。
它是一种重要的数学工具，被广泛应用于科学计算、工程计算和统计学中。
本文将以数学归纳法的方式证明泰勒公式。
二、证明
（1）设f(x)为一般多项式，其形如f(x)＝a0＋a1x＋a2x2＋…＋anxn。
（2）当n＝0时，根据泰勒公式有f(x)＝a0。
（3）假设n＝k时，f(x)的泰勒公式为f(x)＝a0＋a1x＋a2x2＋…＋akxk，且我们已经证明了该公式的正确性。
（4）证明n=k+1时，泰勒公式的正确性。
由于已知f(x)的泰勒公式为f(x)＝a0＋a1x＋a2x2＋…＋akxk，则由泰勒展开公式可以得到
f(x)＝a0＋a1x＋a2x2＋…＋akxk＋ak＋1xk＋1＝a0＋(a1＋ak
＋1x)x＋(a2＋akx)x2＋…＋(ak＋1)xk＋，
即当n＝k＋1时，f(x)的泰勒公式为f(x)＝a0＋a1x＋a2x2＋…＋akxk＋ak＋1xk＋1，且该公式的正确性已被证明。
（5）综上所述，根据数学归纳法可以证明，当n从0取值到正无穷时，f(x)的泰勒公式的正确性得以证实。
三、总结
本文利用数学归纳法证明了泰勒公式的正确性。
从而说明，当n 从0取值到正无穷时，f(x)的泰勒公式的正确性得以证实。
泰勒展开的公式
泰勒展开的公式摘要：1.泰勒公式的定义2.泰勒公式的用途3.泰勒公式的证明方法4.泰勒公式的实际应用正文：1.泰勒公式的定义泰勒公式，又称泰勒级数，是由英国数学家布鲁克·泰勒在18 世纪初提出的一种数学公式。
泰勒公式可以将一个可微函数在某一点附近的值表示为该点的函数值、导数值和高阶导数值的有限和。
具体来说，设函数f(x) 在点a 附近可微，则泰勒公式可以表示为：f(x) ≈ f(a) + f"(a)(x-a) + f""(a)(x-a)^2 / 2! + f"""(a)(x-a)^3 / 3! +...+ f^n(a)(x-a)^n / n! + Rn(x)其中，f"(a)、f""(a)、f"""(a) 等分别表示函数f(x) 在点a 处的一阶导数、二阶导数、三阶导数等，n! 表示n 的阶乘，Rn(x) 表示泰勒公式的余项。
2.泰勒公式的用途泰勒公式在数学和实际应用中有着广泛的用途，主要包括以下几点：（1）求函数的近似值：通过泰勒公式，可以将复杂的函数在某一点附近近似为多项式，从而简化问题。
（2）证明其他数学定理：泰勒公式可以作为证明其他数学定理的工具，例如证明函数的凹凸性、极限等。
（3）数值计算：在数值计算中，泰勒公式可以用于求解微分方程、插值和逼近等问题。
3.泰勒公式的证明方法泰勒公式的证明方法有多种，其中较为常见的是利用洛必达法则进行证明。
具体证明过程较为繁琐，这里不再赘述。
4.泰勒公式的实际应用泰勒公式在实际应用中有很多例子，下面举一个简单的例子来说明。
例如，我们要求函数f(x) = sin(x) 在点x=π/2 附近的值。
首先，我们知道sin(x) 在x=π/2 处的值为1，其次，我们可以求出sin(x) 在x=π/2 处的一阶导数为cos(π/2)=0，二阶导数为-sin(π/2)=-1，以此类推。
泰勒公式在高考中的应用之终极版
泰勒公式在高考中的应用之终极版泰勒公式是微积分中非常重要的一个定理，它在高考中的应用非常广泛。
本文将从终极版的角度，详细介绍泰勒公式在高考中的应用。
首先，我们来回顾一下泰勒公式的表达式。
泰勒公式是一个函数在一些点附近的展开式，它可以将一个函数表示成无穷个项的无穷级数。
泰勒公式的一般形式如下：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+f'''(a)(x-a)^3/3!+...+f^n(a)(x-a)^n/n!+Rn(x)其中，f(x)是要展开的函数，a是展开点，f'(x)是f(x)的一阶导数，f''(x)是f(x)的二阶导数，以此类推，f^n(x)是f(x)的n阶导数，Rn(x)是余项。
高考中最常见的泰勒公式是二阶泰勒公式，即：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+R2(x)应用方面，泰勒公式可以用于求函数的近似值、计算复杂函数的导数、证明恒等式等等。
首先，泰勒公式可以帮助我们计算函数的近似值。
当我们需要计算一个复杂函数的值时，可以利用泰勒公式将该函数展开，然后取前几项进行计算。
由于泰勒公式是一个无穷级数，所以当我们取到一定阶数的时候，剩下的余项非常小，可以忽略不计，从而得到较为准确的结果。
其次，泰勒公式可以用于计算复杂函数的导数。
根据泰勒公式的定义，我们可以得到一个函数在一些点处的导数与该点周围的函数值之间的关系。
这样，当我们需要计算一个复杂函数的导数时，可以利用泰勒公式将该函数展开，然后对展开后的每一项求导，最终求得函数的导数。
另外，泰勒公式也可以用于证明恒等式。
对于一些复杂的恒等式，我们可以利用泰勒公式将其中的函数进行展开，然后比较两边展开后的项，从而得到相等的结论。
这样，我们就能够通过泰勒公式证明一些复杂的恒等式。
综上所述，泰勒公式在高考中的应用非常广泛。
考研泰勒公式大全
考研泰勒公式大全考研泰勒公式是考研数学中的一个重要知识点，也是数学分析中的经典内容。
它是基于函数的无数阶导数和函数值之间的关系，可以用来近似计算函数的值。
由于涉及到较多的公式推导和应用场景，下面将详细介绍泰勒公式的推导过程和一些常见的应用。
1.雅可比泰勒公式泰勒公式的最基本形式是雅可比泰勒公式，它可以通过有限次的求导得到。
假设函数f(x)在x=a处具有无限次可导，那么在x=a处，f(x)的泰勒展开式可以写作：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+...+f^n(a)(x-a)^n/n!+Rn(x)（1）其中，f'(a)表示f(x)在x=a处的一阶导数，f''(a)表示f(x)在x=a 处的二阶导数，f^n(a)表示f(x)在x=a处的n阶导数，(x-a)^n表示(x-a)的n次幂，n!表示n的阶乘。
公式（1）中的最后一项Rn(x)表示余项，用来衡量泰勒展开式与原函数之间的误差。
当n趋向于无穷大时，如果余项Rn(x)趋于0，则泰勒展开式可以无限逼近原函数f(x)，也就是可以用泰勒展开式来近似计算f(x)的值。
2.泰勒公式的推导泰勒公式的推导步骤可以通过数学归纳法来进行证明。
首先，我们有泰勒公式的一阶导数形式：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+R1(x)其中，R1(x)为余项，我们将其化简为：R1(x)=f(x)-f(a)-f'(a)(x-a)然后，我们对R1(x)进行第一次求导：R1'(x)=f'(x)-f'(a)接着，将R1(x)和R1'(x)带入泰勒公式的形式中，我们可以得到泰勒公式的二阶导数形式：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+R2(x)其中，R2(x)为二阶导数形式的余项，其化简步骤为：R2(x)=f(x)-f(a)-f'(a)(x-a)-f''(a)(x-a)^2/2!通过类似的推导方式，我们可以继续得到更高阶导数形式的泰勒公式，即得到公式（1）的形式。
泰勒公式的证明及应用
泰勒公式的证明及应用work Information Technology Company.2020YEAR摘要：泰勒公式是数学分析中的重要组成部分，是一种非常重要的数学工具。
它集中体现了微积分“逼近法”的精髓，在微积分学及相关领域的各个方面都有重要的应用。
本文通过对泰勒公式的证明方法进行介绍，归纳整理其在求极限与导数、判定级数与广义积分的敛散性、不等式的证明、定积分的证明等方面的应用，从而进一步加深对泰勒公式的认识。
关键词：泰勒公式，佩亚诺余项，拉格朗日余项，验证，应用绪论随着近代微积分的发展，许多数学家都致力于相关问题的研究，尤其是泰勒，麦克劳林、费马等人作出了具有代表性的工作。
泰勒公式是18世纪早期英国牛顿学派最优秀代表人物之一的英国数学家泰勒，在微积分学中将函数展开成无穷级数而定义出来的。
泰勒将函数展开成级数从而得到泰勒公式，对于一般函数f ，设它在点0x 存在直到n 阶的导数，由这些导数构成一个n 次多项式()20000000()()()()()()()(),1!2!!n n n f x f x f x T x f x x x x x x x n '''=+-+-++-称为函数f 在点0x 处的泰勒多项式，若函数f 在点0x 存在直至n 阶导数，则有0()()(()),n n f x T x x x ο=+-即()200000000()()()()()()()()(()).2!!n n f x f x f x f x f x x x x x x x x x n ο'''=+-+-++-+- 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，是研究函数极限和估计误差等方面不可或缺的数学工具，集中体现了微积分“逼近法”的精髓，在近似计算上有着独特的优势，利用它可以将非线性问题化为线性问题，且有很高的精确度，在微积分的各个方面都有重要的应用。
泰勒公式原理
泰勒公式原理泰勒公式是数学中的一个重要定理，它描述了一个函数在某一点附近的局部近似。
这个公式由苏格兰数学家布鲁克·泰勒在18世纪提出，被广泛应用于数学、物理、工程等领域。
泰勒公式的原理是基于函数在某一点的导数值和高阶导数值来进行近似展开，从而可以用多项式来近似表示函数的值。
在实际应用中，泰勒公式可以帮助我们更好地理解函数的性质，进行数值计算和物理建模等工作。
首先，我们来看一下泰勒公式的基本形式。
对于一个充分光滑的函数f(x)，在点a处展开的泰勒公式可以表示为：f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + f''(a)(x-a)^2/2! +f'''(a)(x-a)^3/3! + ...其中，f(a)代表函数在点a处的值，f'(a)代表函数在点a处的一阶导数的值，f''(a)代表函数在点a处的二阶导数的值，以此类推。
展开的项数可以是有限的，也可以是无限的，取决于我们需要多精确的近似。
泰勒公式的原理是通过利用函数在某一点的导数值和高阶导数值来构造一个多项式，使得这个多项式在该点的函数值和函数的各阶导数值都与原函数在该点的值相近。
这样，我们就可以用这个多项式来近似表示原函数在该点附近的取值，从而更方便地进行计算和分析。
泰勒公式的应用非常广泛。
在数学中，它常常被用来证明函数的性质，计算函数的极限、导数和积分等。
在物理学和工程学中，泰勒公式可以被用来建立物理模型，进行数值计算和仿真分析。
在计算机科学中，泰勒公式也被广泛应用于数值计算和优化算法中。
总之，泰勒公式是一个非常重要的数学工具，它可以帮助我们更好地理解和分析函数的性质，进行数值计算和物理建模等工作。
通过对泰勒公式的深入理解和应用，我们可以更好地解决实际问题，推动科学技术的发展。
希望本文对泰勒公式的原理有所帮助，也希望读者能够在实际工作中灵活应用这一重要的数学工具。
不同余项型泰勒公式的证明与应用
不同余项型泰勒公式的证明与应用一、不同余项型泰勒公式的证明$$f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + \frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2 + \dots + \frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^n + R_n(x)$$其中$f(x)$是需要展开的函数，$f'(x)$是$f(x)$的一阶导数，$f''(x)$是$f(x)$的二阶导数，$f^{(n)}(x)$是$f(x)$的$n$阶导数，$R_n(x)$是余项。
证明不同余项型泰勒公式的关键是对余项$R_n(x)$的估计。
根据拉格朗日中值定理，存在$x$在$x$和$a$之间，使得$f(x)$的$n$阶导数$f^{(n)}(x)$等于$f^{(n)}(a)$和$f^{(n)}(x)$之间的差值。
即存在一个$\xi$满足$a < \xi < x$，使得$$R_n(x) = \frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}(x-a)^{n+1}$$这里用到了泰勒公式的剩余项的拉格朗日型余项。
二、不同余项型泰勒公式的应用1.近似计算函数值不同余项型泰勒公式可以用于近似计算复杂函数在其中一点处的函数值。
通过泰勒展开，我们可以用函数的高阶导数来逐步逼近函数的真实值，使得计算更加简化。
尤其是在计算机数值计算中，利用不同余项型泰勒公式进行近似计算可以大大提高计算效率和精度。
例如，在计算$\sin(x)$时，我们可以通过泰勒展开将其逼近为一系列多项式函数的和，计算复杂度大幅减少。
2.证明其他重要结论不同余项型泰勒公式也可以用于证明其他数学中的重要结论。
例如，在证明函数的极限或导数存在时，我们可以通过利用泰勒展开，并将余项$R_n(x)$进行估计，从而得到极限或导数的正确表达式。
这在实分析学中经常应用，可以大大简化证明的步骤。
另外，不同余项型泰勒公式也可以用于证明函数的逼近性质。
泰勒公式的证明及推广应用
泰勒公式的证明及推广应用泰勒公式是一种用于近似计算函数的工具，它将函数表示为无穷级数的形式。
这个公式是由英国数学家布鲁诺·泰勒（Brook Taylor）在18世纪提出的。
在本文中，我们将简要介绍泰勒公式的证明，并探讨一些关于泰勒公式的推广应用。
证明泰勒公式的一种常用方法是使用数学归纳法。
我们可以根据函数的导数逐次展开来得到一般形式的泰勒公式。
假设函数f(x)的n次导数在区间[a,b]内连续，以及f(x)的(n+1)次导数在区间[a,b]内存在。
我们可以得到以下泰勒公式的一般形式：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)/1!+f''(a)(x-a)²/2!+...+fⁿ(a)(x-a)ⁿ/n!+Rⁿ(x)其中，Rⁿ(x)是余项，它可以表示为(fⁿ⁺¹(z)(x-a)ⁿ⁺¹)/(n+1)!，其中a<z<x。
余项Rⁿ(x)可以用于估计泰勒级数的误差，并在实际应用中对所得近似值进行修正。
泰勒公式可以应用于各种数学和物理问题中。
下面是一些泰勒公式的推广应用的例子：1.近似计算：泰勒公式可以用于近似计算复杂函数的值。
通过截断级数，我们可以得到一个有限项的泰勒多项式，用于计算函数在其中一点的近似值。
2.数值积分：通过将函数展开为泰勒级数，并对级数进行求和，我们可以将函数的积分转化为级数的求和。
这种方法广泛应用于数值积分的算法中。
3.近似求解微分方程：很多微分方程难以找到解析解，但可以使用泰勒公式来近似求解。
通过将微分方程转化为泰勒级数，并截断级数至有限项，我们可以得到一个逼近解。
4.反函数的泰勒展开：泰勒公式不仅适用于函数的展开，也适用于反函数的展开。
通过将函数和它的逆函数展开为泰勒级数，并对级数进行求和，我们可以得到函数的反函数的泰勒展开。
在实际应用中，泰勒公式的推广应用不仅局限于以上几个领域。
它可以使用在各种数学和物理问题中，包括信号处理、金融工程、计算机图形学等。
泰勒公式证明过程
泰勒公式证明过程泰勒公式是微积分中的一项重要工具，它能够将一个函数在某一点的局部信息转化为全局信息。
本文将通过推导泰勒公式的过程，来讲解其原理和应用。
一、泰勒公式的定义泰勒公式是一个函数的多项式展开式，它可以将一个函数在某一点的局部信息转化为全局信息。
泰勒公式的一般形式如下：$$f(x)=sum_{n=0}^{infty}frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^n$$ 其中，$f^{(n)}(a)$表示$f(x)$在点$a$处的$n$阶导数，$n!$表示$n$的阶乘。
二、泰勒公式的推导过程为了推导泰勒公式，我们先从泰勒公式的一阶形式开始推导。
1. 一阶泰勒公式首先，我们将函数$f(x)$在点$a$处进行一阶泰勒展开，即：$$f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+R_1(x)$$其中，$f'(a)$表示$f(x)$在点$a$处的一阶导数，$R_1(x)$表示余项。
接下来，我们将余项$R_1(x)$进行化简：$$R_1(x)=f(x)-f(a)-f'(a)(x-a)$$将$f(x)$在$a$处进行泰勒展开，即：$$f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2+cdots$$ 将上式代入余项$R_1(x)$中：$$R_1(x)=frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2+cdots$$由于余项$R_1(x)$中的每一项都包含$(x-a)^2$及以上的次数，因此当$x$趋向于$a$时，余项$R_1(x)$趋向于0，即：$$lim_{xto a}R_1(x)=0$$因此，我们可以得到一阶泰勒公式：$$f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+o((x-a)^2)$$其中，$o((x-a)^2)$表示当$x$趋向于$a$时，余项$R_1(x)$的阶数高于$(x-a)^2$。
泰勒公式及其应用
泰勒公式及其应用本文将介绍泰勒公式在数学分析中的应用。
泰勒公式是一种重要的工具，可以用于近似计算、函数凹凸性判断、敛散性的判断、等式与不等式的证明、中值问题以及行列式的计算等方面。
本文将重点讨论泰勒公式在极限计算、敛散性的判断、中值问题以及等式与不等式的证明方面的应用。
2.泰勒公式泰勒公式是一种将函数展开为幂级数的方法。
它可以分为带有拉格朗日余项、皮亚诺型余项、积分型余项和柯西型余项的泰勒公式。
这些不同类型的泰勒公式可以用于不同的问题求解。
2.1具有拉格朗日余项的泰勒公式具有拉格朗日余项的泰勒公式是最常用的一种泰勒公式。
它可以将一个函数展开为一个幂级数，其中每一项的系数都与函数的导数有关。
这个公式的余项是一个拉格朗日型余项，可以用来估计函数在某个点的误差。
2.2带有皮亚诺型余项的泰勒公式带有皮亚诺型余项的泰勒公式是一种更精确的泰勒公式。
它可以用来估计函数在某个点的误差，并且比具有拉格朗日余项的泰勒公式更加精确。
2.3带有积分型余项的泰勒公式带有积分型余项的泰勒公式是一种将函数展开为幂级数的方法。
它可以用来估计函数在某个点的误差，并且比具有拉格朗日余项的泰勒公式更加精确。
2.4带有柯西型余项的泰勒公式带有柯西型余项的泰勒公式是一种将函数展开为幂级数的方法。
它可以用来估计函数在某个点的误差，并且比具有拉格朗日余项的泰勒公式更加精确。
3.泰勒公式的应用泰勒公式在数学分析中有广泛的应用。
本文将介绍泰勒公式在极限计算、敛散性的判断、中值问题以及等式与不等式的证明方面的应用。
3.1利用泰勒公式求未定式的极限利用泰勒公式可以求解一些未定式的极限。
例如，可以用泰勒公式将一个函数展开为幂级数，并利用级数的性质求解未定式的极限。
3.2利用泰勒公式判断敛散性泰勒公式可以用来判断一些级数的敛散性。
例如，可以用泰勒公式将一个函数展开为幂级数，并利用级数的性质判断级数是否收敛。
3.3利用泰勒公式证明中值问题泰勒公式可以用来证明一些中值问题。
泰勒公式的理解及泰勒公式
泰勒公式的理解及泰勒公式泰勒公式是微积分中的重要工具，用于将一个函数在一些点附近的局部信息，通过一个多项式的形式来近似表示。
它可以将一个光滑函数表示为无限个无穷可微的项的和。
泰勒公式的理解包括其基本思想、推导过程以及应用范围。
设函数f(x)在点x=a附近的一些区间上具有n阶导数，则泰勒公式表示为：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+...+fⁿ⁽ᵃ⁾(x-a)^ⁿ/ⁿ!其中，f'(a)表示函数在点a处的一阶导数，f''(a)表示函数在点a处的二阶导数，以此类推。
具体推导过程如下：1.定义函数f(x)在点x=a的n阶导数fⁿ⁽ᵃ⁾。
2.将函数f(x)在点x=a附近进行泰勒级数展开，即：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+...+fⁿ⁽ᵃ⁾(x-a)^ⁿ/ⁿ!+Rⁿ⁺¹(x)其中，Rⁿ⁺¹(x)为余项，表示泰勒多项式与原函数之间的误差。
3.根据柯西-罗尔定理，存在一个介于a和x之间的数c，使得余项可以表示为：Rⁿ⁺¹(x)=fⁿ⁺¹(c)(x-a)ⁿ⁺¹/(n+1)!4.根据上述推导，泰勒公式可以表示为：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+...+fⁿ⁽ᵃ⁾(x-a)^ⁿ/ⁿ!+fⁿ⁺¹(c)(x-a)ⁿ⁺¹/(n+1)!1.函数的近似计算：通过泰勒公式，可以将一个复杂的函数近似为一个多项式，并且可以控制多项式的阶数，从而简化函数的计算和分析过程。
2.极值点的求解：通过对函数进行泰勒展开，并根据导数的性质，可以找到函数的极值点和拐点，进而分析函数的增减性和凸凹性。
3.函数的图像分析：通过泰勒公式的计算，可以得到多项式的形式表示的函数图像，从而更好地理解和分析函数的性质和特点。
泰勒公式ppt课件
在计算复杂函数的近似值时，泰勒公式可以将函数展开为多项式，从而快速得到 函数的近似值。这对于解决一些实际问题，如数值分析、近似计算等具有重要的 意义。同时，泰勒公式的误差项也可以给出近似计算的精度估计。
04
泰勒公式的扩展与推广
泰勒级数的收敛性
定义
泰勒级数是将一个函数表示为无 穷级数的和，而这个无穷级数在 某个点附近的收敛性决定了泰勒
泰勒公式的应用场景
近似计算
信号处理
在科学计算和工程领域中，常常需要 计算复杂的数学函数，而泰勒公式可 以提供近似的函数值。
在信号处理中，泰勒公式用于分析信 号的频谱和波形，例如傅里叶变换和 小波变换等。
数值分析
在数值分析中，泰勒公式用于求解微 分方程、积分方程等数学问题，提供 数值解的近似值。
02
与函数值之间的距离有关。
应用
了解收敛速度有助于选择合适的 泰勒级数进行近似计算，以提高
计算精度。
泰勒级数的误差估计
定义
误差估计是指在应用泰勒级数进行近似计算时， 估计计算结果与真实值之间的误差大小。
方法
通过比较泰勒级数展开式与原函数的差值，可以 得到误差估计的上界和下界。
应用
误差估计有助于了解近似计算的精度，从而选择 合适的泰勒级数进行近似计算。
公式。
泰勒公式的数学推导
利用等价无穷小替换，将复杂的 函数转化为简单的多项式函数， 再利用多项式函数的性质进行推
导。
利用函数的幂级数展开式，将复 杂的函数展开成幂级数形式，再
利用幂级数的性质进行推导。
利用函数的泰勒级数展开式，将 复杂的函数展开成泰勒级数形式 ，再利用泰勒级数的性质进行推
导。
泰勒公式的几何解释
泰勒公式及其应用
第2章 预备知识前面一章我们介绍了一下泰勒和他的成就，那他的主要杰作泰勒公式究竟在数学中有多大的用处呢那么从这一章开始我们就要来学习一下所谓的泰勒公式，首先来了解一下它是在什么样的背景下产生的．给定一个函数)(x f 在点0x 处可微，则有：)()()()(000x x x f x f x x f ∆+∆'+=∆+ο这样当1<<∆x 时可得近似公式x x f x f x x f ∆'+≈∆+)()()(000或))(()()(000x x x f x f x f -'+=，10<<-x x即在0x 点附近，可以用一个x 的线形函数（一次多项式）去逼近函数f ，但这时有两个问题没有解决：（1） 近似的程度不好，精确度不高．因为我们只是用一个简单的函数—一次多项式去替代可能是十分复杂的函数f ．（2）近似所产生的误差不能具体估计，只知道舍掉的是一个高阶无穷小量)(0x x -ο，如果要求误差不得超过410-，用))(()(000x x x f x f -'+去替代)(x f 行吗因此就需要用新的逼近方法去替代函数．在下面这一节我们就来设法解决这两个问题．Taylor 公式首先看第一个问题，为了提高近似的精确程度，我们可以设想用一个x 的n 次多项式在0x 附近去逼近f ，即令n n x x a x x a a x f )(...)()(0010-++-+= （）从几何上看，这表示不满足在0x 附近用一条直线（曲线)(x f y =在点))(,(00x f x 的切线）去替代)(x f y =，而是想用一条n 次抛物线n n x x a x x a a x f )(...)()(0010-++-+=去替代它．我们猜想在点))(,(00x f x 附近这两条曲线可能会拟合的更好些．那么系数0a ，1a …n a 如何确定呢假设f 本身就是一个n 次多项式，显然，要用一个n 次多项式去替代它，最好莫过它自身了，因此应当有n n x x a x x a a x f )(...)()(0010-++-+=于是得：)(00x f a =求一次导数可得：)(01x f a '= 又求一次导数可得：!2)(02x f a ''= 这样进行下去可得：!3)(03x f a '''=，!4)(0)4(4x f a =，… ，!)(0)(n x f a n n = 因此当f 是一个n 次多项式时，它就可以表成：k nk k nn x x k x f x x n x fx x x f x f x f )(!)()(!)(...))(()()(000)(00)(000-=-++-'+=∑= （） 即0x 附近的点x 处的函数值)(x f 可以通过0x 点的函数值和各级导数值去计算．通过这个特殊的情形，我们得到一个启示，对于一般的函数f ，只要它在0x 点存在直到n 阶的导数，由这些导数构成一个n 次多项式n n n x x n x f x x x f x x x f x f x T )(!)(...)(!2)())(()()(00)(200000-++-''+-'+=称为函数)(x f 在点0x 处的泰勒多项式，)(x T n 的各项系数!)(0)(k x fk ),...,3,2,1(n k = ，称为泰勒系数．因而n 次多项式的n 次泰勒多项式就是它本身．Taylor 公式的各种余项对于一般的函数，其n 次Taylor 多项式与函数本身又有什么关系呢函数在某点0x 附近能近似地用它在0x 点的n 次泰勒多项式去替代吗如果可以，那怎样估计误差呢下面的Taylor 定理就是回答这个问题的．定理1]10[ (带拉格朗日型余项的Taylor 公式)假设函数)(x f 在h x x ≤-||0上存在直至1+n 阶的连续导函数，则对任一],[00h x h x x +-∈,泰勒公式的余项为10)1()()!1()()(++-+=n n n x x n f x R ξ其中)(00x x x -+=θξ为0x 与x 间的一个值.即有10)1(00)(000)()!1()()(!)(...))(()()(++-++-++-'+=n n nn x x n f x x n x fx x x f x f x f ξ 推论1]10[ 当0=n ，（）式即为拉格朗日中值公式：))(()()(00x x f x f x f -'=-ξ所以，泰勒定理也可以看作是拉格朗日中值定理的推广． 推论2]10[ 在定理1中,若令)0()()1(!)()(101)1(>--⋅=+-++p x x n p fx R n p n n n θξ则称)(x R n 为一般形式的余项公式, 其中0x x x --=ξθ．在上式中，1+=n p 即为拉格朗日型余项．若令1=p ，则得)0()()1(!)()(10)1(>--=++p x x n f x R n n n n θξ,此式称为柯西余项公式．当00=x ，得到泰勒公式：11)(2)!1()(!)0(...!2)0()0()0()(++++++''+'+=n n n n x n x f x n f x f x f f x f θ）（，)10(<<θ （）则（）式称为带有拉格朗日型余项的麦克劳林公式．定理２]10[ （带皮亚诺型的余项的Taylor 公式） 若函数f 在点0x 处存在直至n 阶导数，则有∑=-=nk k k n x x k x fx P 000)()(!)()(， )()()(x P x f x R n n -=．则当0x x →时，))(()(0n n x x x R -=ο．即有))(()(!)(...))(()()(000)(000n n n x x x x n x f x x x f x f x f -+-++-'+=ο （）定理3所证的（）公式称为函数)(x f 在点0x 处的泰勒公式，)()()(x P x f x R n n -=， 称为泰勒公式的余项的，形如))((0n x x -ο的余项称为皮亚诺型余项，所以（）式又称为带有皮亚诺型余项的泰勒公式当（）式中00=x 时，可得到)(!)0(...!2)0()0()0()()(2n nn x x n f x f x f f x f ο+++''+'+= （）（）式称为带有皮亚诺型余项的麦克劳林公式，此展开式在一些求极限的题目中有重要应用．由于))(()(0n n x x x R -=ο，函数的各阶泰勒公式事实上是函数无穷小的一种精细分析，也是在无穷小领域将超越运算转化为整幂运算的手段．这一手段使得我们可能将无理的或超越函数的极限，转化为有理式的极限，从而使得由超越函数所带来的极限式的奇性或不定性，得以有效的约除，这就极大的简化了极限的运算．这在后面的应用中给以介绍．定理３ 设0>h ，函数)(x f 在);(0h x U 内具有2+n 阶连续导数，且0)(0)2(≠+x f n ，)(x f 在);(0h x U 内的泰勒公式为10,)!1()(!)(...)()()(10)1(0)(000<<+++++'+=+++θθn n n n h n h x fh n x fh x f x f h x f （）则21lim 0+=→n h θ． 证明：)(x f 在);(0h x U 内的带皮亚诺型余项的泰勒公式：)()!2()()!1()(!)(...)()()(220)2(10)1(0)(000++++++++++++'+=+n n n n n n n h h n x f h n x f h n x f h x f x f h x f ο将上式与（）式两边分别相减，可得出)()!2()()!1()(-)(220)2(10)1(0)1(++++++++=++n n n n n n h h n x fhn x fh x fοθ，从而220)2(0)1(0)1()()!2()()()()!1(+++++++=-+⋅+n n n n n h h n x f h x f h x fn οθθθ，令0→h ，得)!2()()(lim )!1(10)2(0)2(0+=⋅⋅+++→n x fx f n n n h θ，故21lim 0+=→n h θ． 由上面的证明我们可以看得出，当n 趋近于无穷大时，泰勒公式的近似效果越好，拟合程度也越好．第3章 泰勒公式的应用由于泰勒公式涉及到的是某一定点0x 及0x 处函数)(0x f 及n 阶导数值：)(0x f '，)(0x f ''，…，)(0)(x fn ，以及用这些值表示动点x 处的函数值)(x f ，本章研究泰勒公式的具体应用，比如近似计算，证明中值公式，求极限等中的应用．应用Taylor 公式证明等式例3.1.1 设)(x f 在[]b a ,上三次可导，试证： ),(b a c ∈∃，使得3))((241))(2()()(a b c f a b b a f a f b f -'''+-+'+= 证明： (利用待定系数法)设k 为使下列式子成立的实数：0)(241))(2()()(3=---+'--a b k a b b a f a f b f （） 这时，我们的问题归为证明：),(b a c ∈∃，使得：)(c f k '''=令3)(241))(2()()()(a x k a x x a f a f x f x g ---+'--=，则0)()(==b g a g ． 根据罗尔定理，),(b a ∈∃ξ，使得0)(='ξg ，即：0)(82)()2()2()(2=---+''-+'-'a k a a f a f f ξξξξξ 这是关于k 的方程，注意到)(ξf '在点2ξ+a 处的泰勒公式：2))((812)()2()2()(a c f a a f a f f -'''+-+''++'='ξξξξξ 其中),(b a c ∈∃，比较可得原命题成立．例3.1.2 设)(x f 在[]b a ,上有二阶导数，试证：),(b a c ∈∃，使得3))((241)2()()(a b c f b a f a b dx x f ba-''++-=⎰． （） 证明：记20ba x +=，则)(x f 在0x 处泰勒公式展开式为： 20000)(2)())(()()(x x f x x x f x f x f -''+-'+=ξ （）对（）式两端同时取[]b a ,上的积分，注意右端第二项积分为0，对于第三项的积分，由于导数有介值性，第一积分中值定理成立：),(b a c ∈∃，使得32020))((121)()())((a b c f dx x x c f dx x x f baba-''=-''=-''⎰⎰ξ 因此原命题式成立．因此可以从上述两个例子中得出泰勒公式可以用来证明一些恒等式，既可以证明微分中值等式，也可以证明积分中值等式．以后在遇到一些等式的证明时，不妨可以尝试用泰勒公式来证明．证明等式后我们在思考，它能否用来证明不等式呢经研究是可以的，下面我们通过几个例子来说明一下．应用Taylor 公式证明不等式例设)(x f 在[]b a ,上二次可微，0)(<''x f ，试证：b x x x a n ≤<<≤≤∀...21，0≥i k ，11=∑=ni i k ，∑∑==>ni i i ni i i x f k x k f 11)()(．证明：取∑==ni i i x k x 10，将)(i x f 在0x x =处展开))(()()(2)())(()()(00020000x x x f x f x x f x x x f x f x f i i i i i -'+<-''+-'+=ξ 其中()n i ,...,3,2,1=．以i k 乘此式两端，然后n 个不等式相加，注意11=∑=ni i k()00110=-=-∑∑==x x k x xk ni i i ni ii得：)()()(101∑∑===<ni i i ni i ix k f x f x f k．例3.2.2 设)(x f 在[]1,0上有二阶导数，当10≤≤x 时，1)(≤x f ，2)(<''x f ．试证：当10≤≤x 时，3)(≤'x f ．证明：)(t f 在x 处的泰勒展开式为：2)(!2)())(()()(x t f x t a f x f t f -''+-'+=ξ 其中将t 分别换为1=t ，0=t 可得：2)1(!2)()1)(()()1(x f x x f x f f -''+-'+=ξ （） 2)(!2)())(()()0(x f x x f x f f -''+-'+=η （）所以（）式减（）式得：22!2)()1(!2)()()0()1(x f x f x f f f ηξ''--''+'=- 从而，312)1(2)(21)1()(21)0()1()(2222=+≤+-+≤''+-''++≤'x x x f x f f f x f ηξ 例3.2.3 设)(x f 在[]b a ,上二阶可导，0)()(='='b f a f ，证明：),(b a ∈∃ξ，有|)()(|)(4|)(|2a fb f a b f --≥''ξ．证明：)(x f 在a x =，b x =处的泰勒展开式分别为：21)(!2)())(()()(a x f a x a f a f x f -''+-'+=ξ，),(1x a ∈ξ 22)(!2)())(()()(b x f b x b f b f x f -''+-'+=ξ，),(2b x ∈ξ令2ba x +=，则有 4)(!2)()()2(21a b f a f b a f -''+=+ξ，)2,(1ba a +∈ξ （）4)(!2)()()2(22a b f b f b a f -''+=+ξ，),2(2b b a +∈ξ （） （）－（）得：[]0)()(8)()()(122=''-''-+-ξξf f a b a f b f 则有[])()(8)()()(8)()()(122122ξξξξf f a b f f a b a f b f ''+''-≤''-''-=- 令{})(,)(max )(21ξξξf f f ''''=''，即有|)()(|)(4|)(|2a fb f a b f --≥''ξ． 例3.2.4 设)(x f 二次可微，0)1()0(==f f ，2)(max 10=≤≤x f x ，试证：16)(min 10-≤''≤≤x f x ．证明：因)(x f 在[]1,0上连续，故有最大值，最小值．又因2)(max 10=≤≤x f x ，0)1()0(==f f ，故最大值在()1,0内部达到，所以()1,00∈∃x 使得)(max )(100x f x f x ≤≤=于是)(0x f 为极大值，由费马定理有：0)(0='x f ，在0x x =处按Taylor 公式展开：)1,0(,∈∃ηξ使得：2002)()()0(0x f x f f ξ''+==， （） 200)1(2)()()1(0x f x f f -''+==η． （）因此{}⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧---=''''≤''≤≤202010)1(4,4min )(),(min )(min x x f f x f x ηξ 而⎥⎦⎤⎢⎣⎡∈1,210x 时，16)1(4)1(4,4min 202020-≤--=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧---x x x ， ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∈21,00x 时，164)1(4,4min 202020-≤-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧---x x x ． 所以，16)(min 10-≤''≤≤x f x ．由上述几个例题可以看出泰勒公式还可以用来证明不等式，例3.2.1说明泰勒公式可以根据题目的条件来证明函数的凹凸性，例说明可以对某些函数在一定范围内的界进行估计，例是用泰勒公式证明中值不等式，例与例很相似，只不过前者是界的估计，后者是对导数的中值估计．证明不等式有很多种方法，而学习了泰勒公式后，又增添了一种方法，在以后的学习中我们要会灵活应用．但前提是要满足应用的条件，那就是泰勒公式成立的条件．应用Taylor 公式求极限例3.3.1求422cos limxex x x -→-．解：在这里我们用泰勒公式求解，考虑到极限，用带皮亚诺型余项的麦克劳林公式展开，则有)(2421cos 542x x x x ο++-=)(82154222x x x ex ο++-=-)(12cos 5422x x ex x ο+-=--所以，121)(12lim cos lim4540242-=+-=-→-→xx x xex x x x ο． 像这类函数用泰勒公式求极限就比较简单，因为使用洛毕达法则比较麻烦和复杂．例 3.3.2 设函数)(x ϕ在[)+∞,0上二次连续可微，如果)(lim x x ϕ+∞→存在，且)(x ϕ''在[)+∞,0上有界，试证：0)(lim ='+∞→x x ϕ．证明：要证明0)(lim ='+∞→x x ϕ，即要证明：0>∀ε，0>∃δ．当M x >时()εϕ<'x ． 利用Taylor 公式，0>∀h ，2)(21)()()(h h x x h x ξϕϕϕϕ''+'+=+ （）即[]h x h x h x )(21)()(1)(ξϕϕϕϕ''--+=' （） 记)(lim x A x ϕ+∞→=，因)(x ϕ''有界，所以0>∃M ，使得M x ≤'')(ϕ， )0(≥∀x故由（）知[]h x A A h x h x |)(|21)()(1)(ξϕϕϕϕ''+-+-+≤' （） 0>∀ε，首先可取0>h 充分小，使得221ε<Mh ， 然后将h 固定，因)(lim x A x ϕ+∞→=， 所以0>∃δ，当δ>x 时[]2)()(1εϕϕ<-+-+x A A h x h 从而由（）式即得：εεεϕ=+<'22)(x ．即0)(lim ='+∞→x x ϕ例3.3.3 判断下列函数的曲线是否存在渐近线，若存在的话，求出渐近线方程． （1）32)1)(2(+-=x x y ；（2）)1(cos 2215x e xx y --=．解：（1）首先设所求的渐近线为 b ax y +=，并令 xu 1=，则有：0)(1lim )()321)(321(lim )1()21(lim])1)(2([lim 003231032=+--=+--+-=--+-=--+-→→→∞→uu bu a u u bu a u u ubu a u u b ax x x u u u x οο从中解出：1=a ，0=b ．所以有渐近线：x y =．（2）设b ax y +=，xu 1=，则有 0)()4221)(2421(lim cos lim ])1(cos [lim 554424205542021522=+--⋅+-+-=---=---→-→-∞→u u bu au u u u u u bu au e u b ax e x x u u u xx ο从中解出：121-=a ，0,1==b a ． 所以有渐近线：x y 121-=．从上面的例子中我们可以看得出泰勒公式在判断函数渐近线时的作用，因而我们在判断函数形态时可以考虑这个方法，通过求极限来求函数的渐进线．上述三个例子都是泰勒公式在求极限的题目上的应用，例3.3.1是在具体点或者是特殊点的极限，而第二个例子是求无穷远处的极限，第三个是利用极限来求函数的渐近线，学习了数学分析，我们知道求极限的方法多种多样，但对于有些复杂的题目我们用洛必达法则或其他方法是很难求出，或者是比较复杂的，我们不妨用泰勒公式来解决．应用Taylor 公式求中值点的极限例3.4.1]4[ 设(1))(x f 在),(00δδ+-x x 内是n 阶连续可微函数，此处0>δ； (2)当)1(,...,3,2-=n k 时，有0)(0)(=x f k ，但是0)(0)(≠x f n ；(3)当δ<≠h 0时有))(()()(000h h x f hx f h x f θ+'=-+． （）其中1)(0<<h θ，证明：101)(lim -→=n h nh θ． 证明：要求出)(h θ的极限必须设法解出)(h θ，因此将（）式左边的)(0h x f +及右端的))((0h h x f θ+'在0x 处展开，注意条件(2)，知)1,0(,21∈∃θθ使得())(!)()()(10000h x f n h x f h x f h x f n n θ++'+=+， （） ))(()!1())(()())((20)(1100h h x f n h h x f h h x f n n n θθθθ+-+'=+'--， （）于是（）式变为=++'-)(!)(10)(10h x f n h x f n n θ))(()!1())(()(20)(110h h x f n h h x f n n n θθθ+-+'--从而120)(10)())(()()(-++=n n n h h x nf h x f h θθθθ． 因)1,0()(,,21∈h θθθ，利用)()(x f n 的连续性，由此可得101)(lim -→=n h nh θ． 这个例子可以作为定理来使用，但前提是要满足条件．以后只要遇到相关的题目就可以简单应用．应用Taylor 公式近似计算由于泰勒公式主要是用一个多项式去逼近函数，因而可用于求某些函数的近似值，或根据误差确定变量范围．特别是计算机编程上的计算．例3.5.1 求：（1）计算e 的值，使其误差不超过610-；（2）用泰勒多项式逼近正弦函数x sin ，要求误差不超过310-，以2=m 的情形讨论x 的取值范围．解：(1) 由于x e 的麦克劳林的泰勒展开式为： 10,)!1(!...!2112<<++++++=+θθn xn x x n e n x x x e 当1=x 时，有)!1(!1...!2111++++++=n e n e θ故)!1(3)!1()1(+<+=n n e R n θ． 当9=n 时，有691036288003!103)1(-<<=R 从而省略)1(9R 而求得e 的近似值为： 718285.2!91...!31!2111≈+++++≈e (2) 当2=m 时， 6sin 3x x x -≈，使其误差满足： 355410!5!5cos )(-<≤=x x x x R θ 只需6543.0<x （弧度），即大约在原点左右37°29′38″范围内，上述三次多项式逼近的误差不超过310-．应用Taylor 公式求极值定理 ]12[ 设f 在0x 附近有1+n 阶连续导数，且)(0x f ')(0x f ''=0)(...0)(===x f n ， 0)(0)1(≠+x f n（1）如果n 为偶数，则0x 不是f 的极值点．（2）如果n 为奇数，则0x 是f 的严格极值点，且当0)(0)1(>+x fn 时，0x 是f 的严格极小值点；当0)(0)1(<+x f n 时，0x 是f 的严格极大值点．证明：将f 在0x 点处作带皮亚诺型余项的Taylor 展开，即：))(()()!1()()()(10100)1(0+++-+-++=n n n x x x x n x f x f x f ο 于是1010100)1(0)()())(()!1()()()(++++-⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++=-n n n n x x x x x x n x f x f x f ο 由于)!1()()())(()!1()(lim 0)1(10100)1(0+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++++++→n x f x x x x n x f n n n n x x ο 故0>∃δ，),(00δδ+-x x 中，10100)1()())(()!1()(+++--++n n n x x x x n x f ο与)!1()(0)1(++n x f n 同号． （1）如果n 为偶数，则由10)(+-n x x 在0x 附近变号知，)()(0x f x f -也变号，故0x 不是f 的极值点．（2）如果n 为奇数，则1+n 为偶数，于是，10)(+-n x x 在0x 附近不变号，故)()(0x f x f -与)!1()(0)1(++n x f n 同号． 若0)(0)1(>+x f n ，则)()(0x f x f >，)(),(0,000δδ+-∈∀x x x x x Y ，0x 为f 的严格极小值点． 若0)(0)1(<+x f n ，则)()(0x f x f <，)(),(0,000δδ+-∈∀x x x x x Y ，0x 为f 的严格极大值点．例3.6.1 试求函数34)1(-x x 的极值．解：设34)1()(-=x x x f ，由于)47()1()(23--='x x x x f ，因此74,1,0=x 是函数的三个稳定点．f 的二阶导数为)287)(1(6)(22+--=''x x x x x f ，由此得，0)1()0(=''=''f f 及0)74(>''f ．所以)(x f 在74=x 时取得极小值． 求三阶导数)4306035(6)(23-+-='''x x x x x f ，有0)0(='''f ，0)1(>'''f ．由于31=+n ，则2=n 为偶数，由定理知f 在1=x 不取极值.再求f 的四阶导数)1154535(24)(23)4(-+-=x x x x f ，有0)0()4(<f ．因为41=+n ，则3=n 为奇数，由定理知f 在0=x 处取得极大值．综上所述，0)0(=f 为极大值，82354369127374)74(34-=-=）（）（f 为极小值． 由上面的例题我们可以了解到定理也是判断极值的充分条件． 应用Taylor 公式研究函数图形的局部形态定理]12[ 设R X ∈为任一非空集合，X x ∈0，函数R X f →:在0x 处n 阶可导，且满足条件：)(0x f ''0)(...)(0)1(0==='''=-x f x f n ，0)(0)(≠x f n ．（1）n 为偶数，如果)0(0)(0)(<>x f n ，则曲线)(x f y =在点))(,(00x f x 的邻近位于曲线过此点的切线的上（下）方．（2）n 为奇数，则曲线)(x f y =在点))(,(00x f x 的邻近位于该点切线的两侧，此时称曲线)(x f y =在点))(,(00x f x 处与该点的切线横截相交．证明：因为f 在0x 处n 阶可导，并且)(0x f ''0)(...)(0)1(0==='''=-x f x f n ，0)(0)(≠x f n ，所以f 在0x 的开邻域 ),(0δx B ο内的n 阶Taylor 公式为))(()(!)())(()()(000)(000n n n x x x x n x f x x x f x f x f -+-+-'+=ο )(0x x → 于是[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-=-'+-n n n nx x x x n x f x x x x x f x f x f )())((!)()())(()()(000)(0000ο 由于!)()())((!)(lim 0)(000)(0n x f x x x x n x f n n n n x x =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+→ο 由此可见：0>∃δ，),(0δx B X x οI ∈∀，有：[]))(()()(000x x x f x f x f -'+-与n n x x n x f )(!)(00)(-同号． （1）当n 为偶数，如果0)(0)(>x f n ，则[]0))(()()(000>-'+-x x x f x f x f ，),(0δx B X x οI ∈∀这就表明在点))(,(00x f x 邻近，曲线)(x f y =位于切线))(()(000x x x f x f y -'+=的上方；如果0)(0)(<x f n ，则有[]0))(()()(000<-'+-x x x f x f x f ，),(0δx B X x οI ∈∀因此，在点))(,(00x f x 邻近，曲线)(x f y =位于切线))(()(000x x x f x f y -'+=的下方．（2）当n 为奇数，这时若)0(0)(0)(<>x f n ，则[])0(0))(()()(000<>-'+-x x x f x f x f ， ),(0δx B X x οI +∈∀ [])0(0))(()()(000><-'+-x x x f x f x f ， ),(0δx B X x οI -∈∀ 由此知，在0x 的右侧，曲线)(x f y =位于切线))(()(000x x x f x f y -'+=的上（下）方；而在0x 的左侧，曲线)(x f y =位于切线))(()(000x x x f x f y -'+=的下（上）方．因此，曲线)(x f y =在点))(,(00x f x 处与该点的切线横截相交． 应用Taylor 公式研究线形插值例 3.8.1（线形插值的误差公式） 设R b a f →],[:为实一元函数，l 为两点))(,(a f a 与))(,(b f b 所决定的线形函数，即)()()(b f a b a x a f a b x b x l --+--=，l 称为f 在区间],[b a 上的线形插值．如果f 在区间],[b a 上二阶可导，f 在],[b a 上连续，那么，我们可以对这种插值法带来的误差作出估计．应用带Lagrange 型余项Taylor 公式：),(x a ∈∃ξ，),(b x ∈∃η，使得 [][])(2))(()()(2))(()()(21)()()()(21)()()()()()()()(22ζηξηξf a x x b f a b x b f a b a x a x x b f x b x f x b a b a x f x a x f x a a b x b x f b f ab a x x f a f a b x b x f x l ''--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡''--+''----=⎥⎦⎤⎢⎣⎡''-+'---+⎥⎦⎤⎢⎣⎡''-+'---=---+---=-其中，),(b a ∈ζ，最后一个式子是由于0>--a b x b ，0>--ab a x ． )}(),(max{)()())}((),(min{)}(),(min{ηξηξηξηξf f f ab x b f a b a x ab x b a b a x f f f f ''''≤''--+''--≤--+--''''='''' 以及Darboux 定理推得．如果M 为)(x f ''的上界（特别当)(x f ''在],[b a 上连续时，根据最值定理，取)(max ],[x f M b a x ''=∈），则误差估计为 M a b f a x x b x f x l 2)(|)(|2))(()()(2-≤''--≤-ζ，],[b a x ∈∀ 这表明，M 愈小线性插值的逼近效果就会愈好，当M 很小时，曲线)(x f y =的切线改变得不剧烈，这也是符合几何直观的．应用Taylor 公式研究函数表达式例3.9.1]4[ 设在内有连续三阶导数，且满足方程：)()()(h x f h x f h x f θ+'+=+，10<<θ．(θ与h 无关) （）试证：)(x f 是一次或二次函数．证明：要证)(x f 是一次或二次函数，就是要证0)(≡''x f 或0)(≡'''x f ．因此要将（）式对h 求导，注意θ与h 无关，我们有)()()(h x f h h x f h x f θθθ+''++'=+' （）从而)()()()()(h x f hh x f x f x f h x f θθθ+''=+'-'+'-+' （） 令0→h ，对（）式两边取极限得：)()()(x f x f x f ''=''-''θθ，即)(2)(x f x f ''=''θ 若21≠θ，由此知0)(≡''x f ，)(x f 为一次函数； 若21=θ，则（）式变成：)21(21)21()(h x f h h x f h x f +''++'=+'．此式两端同时对h 求导，减去)(x f ''，除以h ，然后令0→h 取极限，即得0)(≡'''x f ，即)(x f 为二次函数．实际上在一定条件下证明某函数0)(≡x f 的问题，我们称之为归零问题，因此上例实际上也是)(x f ''，)(x f '''的归零。
高考数学泰勒公式
高考数学泰勒公式泰勒公式是高等数学中的一个重要定理，它在数学分析和应用数学中有着广泛的应用。
在高考数学中，泰勒公式被广泛地应用于函数的近似计算和函数的性质研究等方面。
我们来了解一下泰勒公式的基本形式。
对于任意光滑函数f(x)，如果它在某一点x=a处具有n阶导数，那么在该点的附近，函数f(x)可以用一个n次多项式来逼近。
具体来说，泰勒公式可以表示为：f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + f''(a)(x-a)^2/2! + f'''(a)(x-a)^3/3! + ... + f^n(a)(x-a)^n/n! + Rn(x)其中，f(a)表示函数f(x)在点x=a处的函数值，f'(a)表示f(x)在点x=a处的一阶导数值，以此类推，f^n(a)表示f(x)在点x=a处的n 阶导数值。
而Rn(x)表示余项，它是一个与(x-a)^n有关的函数，用于衡量n次多项式逼近的误差。
泰勒公式的这种逼近性质使得我们可以用简单的多项式来近似复杂的函数。
这在高考数学中非常有用。
例如，在计算机中常用的sin(x)、cos(x)、e^x等函数，实际上都可以通过泰勒公式展开来进行计算。
当我们需要计算这些函数的具体值时，可以根据泰勒公式展开式中的有限项来进行近似计算，从而得到一个较为准确的结果。
除了近似计算外，泰勒公式还可以用于研究函数的性质。
例如，通过泰勒公式展开，我们可以推导出函数的极值点、拐点等重要性质。
这对于解决一些函数相关的最优化问题非常有帮助。
同时，泰勒公式还可以用于证明一些数学定理，如拉格朗日中值定理、柯西中值定理等。
在高考数学中，泰勒公式经常被用于构造近似解、证明数学定理以及解决实际问题。
因此，掌握泰勒公式的基本概念和应用方法对于高考数学的学习非常重要。
在考试中，如果遇到需要进行函数逼近或者研究函数性质的问题，我们可以灵活运用泰勒公式，通过逼近多项式的计算来得到答案。
泰勒公式及其推演
泰勒公式及其推演泰勒公式是微积分中非常重要的一种数学工具，它可以将一个可微函数表示成无数个多项式的和，进而用多项式来近似表示原函数。
泰勒公式的推导过程并不难，我们可以通过几个简单的步骤来理解其数学原理和应用方法。
一、泰勒公式的定义泰勒公式是指，若函数$f(x)$在点$x=a$处有$n$阶连续导数，则在$x=a$的某邻域内，有以下公式成立：$$f(x)=\sum_{k=0}^n\frac{f^{(k)}(a)}{k!}(x-a)^k+R_n(x)$$其中，$f^{(k)}(a)$表示$f(x)$在$x=a$处的$k$阶导数，$R_n(x)$为剩余项，即$$R_n(x)=\frac{f^{(n+1)}(c)}{(n+1)!}(x-a)^{n+1}$$其中，$c$是介于$x$和$a$之间的某个数。
泰勒公式的本质是将一个函数用多项式逼近。
这种逼近方式十分简便，不仅可以用于函数求导的计算中，还可以用于数值计算、微积分定理证明等方面。
二、泰勒公式的推导过程泰勒公式的推导过程可以分为以下几个步骤：1、设函数$f(x)$在$x=a$处可微，$x$在$a$的某邻域内。
则$f(x)$在$a$处的一阶导数为：$$f'(a)=\lim_{h\rightarrow 0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h}$$可进一步展开为$$\begin{aligned}f(a+h)&=f(a)+f'(a)h+\frac{f''(a)}{2}h^2+\cdots+\frac{f^{(n)}(a)}{ n!}h^n+o(h^n) \\&= \sum_{k=0}^n\frac{f^{(k)}(a)}{k!}h^k+o(h^n)\end{aligned}$$其中，$o(h^n)$表示当$h\rightarrow 0$时，$o(h^n)$与$h^n$同阶或低阶。
2、将上式两边同时除以$h^n$，得到$$\frac{f(a+h)-f(a)}{h^n}= \sum_{k=0}^n\frac{f^{(k)}(a)}{k!}h^{k-n}+o(1)$$3、对上式两边进行积分，得到$$f(a+h)=\sum_{k=0}^n\frac{f^{(k)}(a)}{k!}h^{k}+\int_a^{a+h}\fra c{f^{(n+1)}(t)}{n!}(h-t)^n\,\mathrm{d}t$$其中，用到了牛顿-莱布尼茨定理。
泰勒公式的几种证明及应用
泰勒公式的几种证明及应用泰勒公式是微积分中一个重要的定理，它允许我们通过多项式的Taylor级数来近似复杂函数的值。
本文将介绍泰勒公式的几种证明及应用。
1.麦克劳林级数证明：泰勒公式的一种常见证明方法是通过麦克劳林级数展开。
麦克劳林级数是泰勒级数的一种特殊形式，即当参数a=0时的泰勒级数展开。
假设函数f(x)存在无限阶的导数，将f(x)在x=a处展开为幂级数，则有：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+f'''(a)(x-a)^3/3!+...通过截取级数的前几项，我们就可以用一个多项式来近似原函数的值。
2.极限证明：另一种证明泰勒公式的方法是使用极限。
考虑函数f(x)在x=a处的n阶导数f^(n)(a)，则可以证明当x趋向于a时：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+...+f^(n)(a)(x-a)^n/n!+o((x-a)^n)其中o((x-a)^n)表示当x趋向于a时，高于(x-a)^n的项的阶数。
这个证明方法其实是利用了极限的定义，将函数值的误差与展开式中的余项进行比较。
3.应用：泰勒公式是微积分中非常重要的一个工具，它可以应用于众多的数学和物理问题中。
以下是几个泰勒公式的应用案例：-函数近似：通过泰勒公式，我们可以将复杂的非线性函数近似为多项式的形式，从而简化计算。
这在数值计算、数据分析以及物理模型的建立中非常常见。
-数值积分：泰勒公式可以用于数值积分的方法之一，即将被积函数在其中一点处展开成泰勒级数，并对多项式项进行数值积分。
这种方法可以提高计算的精度和效率。
-数值解微分方程：在数值解微分方程的过程中，泰勒公式可以用于将微分方程转化为一组代数方程，从而实现数值迭代解法。
-物理模型建立：在物理学中，泰勒公式可以用于建立物理模型，例如近似计算质点的运动轨迹、估算电路中的电流大小等。
泰勒公式及应用
泰勒公式及其应用摘要本文论述了泰勒公式的一些基本内容，并着重介绍了它在数学分析中的一些应用。
泰勒公式是数学分析中的重要知识，在某些题目中运用泰勒公式会达到快速解题的目的。
本文主要从六个方面对泰勒公式进行综合论述利用泰勒公式求极限、证明中值公式、证明不等式、估计、在方程中的应用、在近似计算的的应用。
关键词：泰勒公式佩亚诺余项拉格朗日余项泰勒级数一、泰勒公式及其余项1：泰勒公式对于一般函数f ，设它在点0x 存在直到n 阶的导数，由这些导数构造一个n 次多项式，n n x x n x f x x x f x x x f x f x Tn )0(!)0()0(!2)0('')0(!1)0(')0()0()(2-++-+-+= 称为函数f 在点0x 处的泰勒(Taylor)多项式,)(x Tn 的各项系数),,2,1(!)0()(n k k x f k =称为泰勒系数。
2：泰勒余项定理1：若函数f 在点0x 存在直到n 阶导数，则有))0(()()(nx x n T x f -+= ；即))0(()0(!)0()0(!2)0('')0)(0(')0()()(2n n n x x x x n x f x x x f x x x f x f x f -+-++-+-+= 其中)()()(x Tn x f x Rn -=称为泰勒公式的余项。
形如))0((nx x - 的余项称为佩亚诺型余项。
特殊的当0=x 时;)(!)0(!2)0('')0(')0()()(2n nn x x n f x f x f f x f +++++= 称为（带有佩亚诺型余项的）麦克劳林(Maclaurin)公式。
定理2：（泰勒定理） 若函数f 在],[b a 上存在直至n 阶的连续导函数，在),(b a 内存在)1(+n 阶导函数，则对任意给定的],[0,b a x x ∈，至少存在一点∈ξ(a,b)使得+-++-+-+=n n x x n x f x x x f x x x f x f x f )0(!)0()0(!2)0('')0)(0(')0()()(21)1()0()!1()(++-+n n x x n f ξ其中=-=)()()(x Tn x f x Rn 1)1()0()!1()(++-+n n x x n f ξ, )10(),0(0<<-+=θθξx x x ,称为拉格朗日型余项。
泰勒公式的理解及泰勒公式
对泰勒公式的理解及泰勒公式的应用1 函数展开与向量空间泰勒公式是函数展开的一种工具,也就是说,利用泰勒公式将函数展成幂级数是函数展开的一种方法,当然,函数的展开方法有多种,例如：用泰勒公式展开、三角级数的展开等。
为更好地理解函数展开的意义以及泰勒公式的应用，文章先对函数的展开进行论述,然后,用例题对其应用做进一步的说明。
在高等数学中,函数展开有许多不同的形式,最常用的有如下两种类型的函数级数展开。
函数的泰勒展开（幂级数展开）若函数f(x)在区间｛x｜｜x-x0｜＜R｝内无穷可微,且它的Lagrange余项r n(x)当n→∞ 时,收敛于零,则在这区间内有：1 2 函数的三角级数展开若函数f(x)在区间［-π,π］上连续且逐段光滑,则在这区间内有：从函数展开式(1)和(2)两边的项来看,左边的函数f(x)作为一个整体,它只有有限的一项,而右边却包含着无限多项,说明在一定条件下,有限形式的函数可以用无限形式的级数来表示, 关于这一点,可以从另一个视角来看，若把展开式(1)和(2)中的函数系：｛1,(x-x0),(x-x0)2,(x-x0)3,…,(x-x0)n,…｝{1,cosx,sinx,cos2x,sin2x,…,cosnx,sinnx,…}分别看成无限维函数空间的两个坐标系, 其中的函数就是相应的坐标向量,则f(x)就可以看作这个空间的一个点（或一个向量）,则两级数的系数组成的两个数列:｛a0,a1,a2,…,a n｝与｛a0,a1,b1,a2,b2，…，n,b n,…｝就是f(x)分别在这两个坐标系中的坐标,于是从形式来看，f(x)作为这无限维空间中的一个点（一个向量）,但从数来看，f(x)在这个空间中却要用无限个坐标来决定.在高等数学中, 根据问题的需要,进行有限与无限形式的相互变换,在解决数学问题中是常有的。
可见,换个角度看函数的展开,会给人加深印象,能在原有的基础上根深蒂固。
谈到有限与无限,在高等数学中,根据问题的需要,进行有限与无限形式的相互变换,在解决数学问题中是常常会用到的,这就是泰勒公式的魅力所在.比如说：函数的分解与求和,函数关系的证明等,就要用这种有限与无限之间的变换方法。
一元函数泰勒公式
一元函数泰勒公式一元函数泰勒公式是微积分中非常重要的定理之一，它可以用来近似表示一个函数在某一点附近的值。
泰勒公式的推导基于函数的多项式展开，通过不断增加阶数，可以得到更加精确的近似结果。
在实际应用中，泰勒公式常常被用来计算函数的近似值，尤其是在计算机科学和工程领域中。
泰勒公式的一般形式可以表示为：f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + f''(a)(x-a)^2/2! + f'''(a)(x-a)^3/3! + ...其中，f(x)是待求函数在点x处的值，f(a)是函数在点a处的值，f'(a)是函数在点a处的导数的值，f''(a)是函数在点a处的二阶导数的值，以此类推。
泰勒公式中的每一项都表示了函数在点a附近的某个阶导数对函数值的贡献。
泰勒公式的应用可以帮助我们近似计算各种复杂函数的值。
例如，我们可以利用泰勒公式来计算三角函数、指数函数和对数函数的近似值。
对于这些函数，我们可以选择一个适当的展开点a，并根据需要的精度选择展开的阶数。
通过增加阶数，我们可以得到更加精确的近似结果。
泰勒公式还可以用来证明函数的性质。
例如，我们可以利用泰勒公式来证明函数的连续性、可导性和高阶导数的存在性。
通过展开函数并进行推导，我们可以得到关于函数性质的重要结论。
除了泰勒公式，还有一些相关的近似公式也非常有用。
例如，拉格朗日插值公式和牛顿插值公式都可以用来近似表示一个函数的值。
这些公式在实际计算中也常常被使用。
总结起来，一元函数泰勒公式是微积分中的重要工具，它可以用来近似计算函数在某一点附近的值。
泰勒公式的应用广泛，不仅可以用于计算函数的近似值，还可以用于证明函数的性质。
在实际应用中，我们可以根据需要选择合适的展开点和阶数，以达到所需的精度。
通过掌握泰勒公式及其应用，我们可以更好地理解和运用微积分的知识。
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泰勒公式的证明及应用
作者：李晟威
来源：《课程教育研究》2018年第42期
【摘要】本篇论文主要讲述了泰勒公式的发展历程，并且通过柯西中值定理来对泰勒公式进行推导。
随后结合实际例子来说明泰勒公式在数值计算以及极限推导中的应用。
最后探究了泰勒公式演化出牛顿迭代法数值计算方法和计算逻辑。
【关键词】泰勒公式 ;导数 ;牛顿迭代法 ;罗尔中值定理 ;拉格朗日中值定理 ;柯西中值定理
【中图分类号】G633.6 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）42-0129-02
当我们首次接触到泰勒公式及其定理时，我们会感觉到它的磅礴大气，但其实究其本质，这是一种让我们在实际问题中，用多项式函数去逼近光滑函数，并得到误差的方法。
那么这个伟大的公式是如何一步步被我们得到，以及进行运用的呢？
一、泰勒公式的发展
泰勒公式是以18世纪早期英国数学家泰勒（Brook Taylor）命名。
1708年，23岁的泰勒得到了“振动中心问题”的解，引起了人们的注意，在这个工作中他用了牛顿的瞬的记号。
1717年，泰勒以泰勒定理求解了数值方程。
本质来讲，泰勒公式是将函数用多项式来进行表示。
并且通过函数在某点的信息来描述点附近取值的公式。
如果函数是光滑的情况下，泰勒公式可以使用该点附近的各阶导数值做系数构建一个多项式来近似函数在这一点的邻域中的值。
并且泰勒公式中通过柯西中值定理给出了这个多项式和实际的函数值之间的偏差。
在下面，我们将会对泰勒公式进行详细证明以及对其实际应用进行探讨。
二、泰勒公式及其证明
定理：如果函数f（x）在x0的某个领域U（x0）内具有（n+1）阶导数，那么对任意
x∈U（x0），有
f（x）=f（x0）+f′（x0）（x-x0）+■（x-x0）2+…+■（x-x0）n+Rn（x）
其中Rn（x）=■（x-x0）n+1，α为x0与x之间的某个值。
在证明泰勒公式的定理前，首先要介绍柯西中值定理的推导，而柯西中值定理可由罗尔中值定理推出，使用的是构造对应函数求导的方法，所以证明罗尔定理为第一步。
罗尔中值定理：如果函数f（x）满足：（1）在闭区间[a，b]上连续;（2）在开区间（a，b）内可导;（3）f（a）=f（b）。
那么在开区间（a，b）内至少存在一点β∈（a，b），使得f′（β）=0。
证明：如果？坌x∈（a，b），都有f（x）=f（a），那么有？坌x∈（a，b），f′（x）=0，命题得证。
如果？埚x∈（a，b），使得f（x）≠f（a），那么存在某一点β，在该点函数f（x）取得最大值或最小值，并且这个不是a或者b，而在这个最值点上，导数为0。
因此，必有f′（β）=0，罗尔中值定理得证。
柯西中值定理：如果函数f（x）及F（x）满足：（1）在闭区间[a，b]上连续;（2）在开区间（a，b）内可导;（3）对任意x∈（a，b），F′（x）≠0。
那么在（a，b）内至少有一点ξ，使等式■=■成立。
下面我们开始证明泰勒公式，
首先令Pn（x）=f（x0）+f′（x0）（x-x0）+■（x-x0）2+…+■（x-x0）n，有：Rn（x）=f （x）-Pn（x）。
构造辅助函数g（ω）=f（x）-（f（ω）+f′（ω）（x-ω）+■（x-ω）2+…+■（x-ω）n）。
我们需要得到Rn（x）的表达式，也要想办法运用柯西中值定理。
假设ω在[x，x0]之间，g（ω）则在[x，x0]上连续，并由上式可知g（x0）=Rn（x），且g（x）=0。
此时要求出g（x0），先对g（ω）求导，而此时式中出现了n阶导，由导数的算法得知，我们需要假设f（x）在定义域内n+1阶可导
g′（ω）=-f（ω）-f′（ω）（x-ω）+f′（ω）-■（x-ω）2-f′（ω）（x-ω）-…-■（x-ω）n+■（x-ω）n-1
找到规律：从第一项起，负项和正项抵消，最终g′（ω）=
-■（x-ω）n。
另设函数h（x）=（x-x0）n+1，可以得到h（x0）=0，h′（ω）=-（n-1）（x-ω）n。
根据柯西中值定理可知g（x0）=g（x）-■[h（x0）-h（x）]=■（x-x0）n+1，即为Rn（x）=■（x-x0）n+1。
也即是f（x）=Pn（x）+Rn（x）得证！
三、泰勒公式的应用
泰勒公式是用多项式来对函数进行逼近，所以在数值计算以及函数近似的方面都有着极其重要的用处。
1.计算e0.001（精确度为10-7）
在计算上述式子时，是无法直接得出答案的，这时就可以使用泰勒公式可以得到：
ex=1+■+■+R3（x），-∞
而我们知道R3（x）已经在10-9的级数范围，所以可以知道
e0.001≈1+■+■=1.0010005
2.计算极限■■
根据泰勒公式可以知道：■■=■■=■■=1
3.数值算法：牛顿迭代法
当泰勒公式运用在物理领域时，它又有了新的名字：牛顿迭代法。
而牛顿迭代法正是将局部线性化的方法用于求解方程，该方法根据一个根的猜测值x0作为初始近似值，当我们不断地使用泰勒级数展式的前两项作为某个函数f（x）的近似表达式，由于该表达式是一个线性函数，所以我们可以用该表达式来代替f（x）=0中的f（x）的近似解xn，该近似解会越来越逼近我们所要求的根的值。
我们根据定义举出一个例子：假设方程的解为x？鄢，且x？鄢在x0的附近。
那么，函数f（x）在点x0处使用第一次泰勒级数展式，即线性表达式为f（x）≈f（x0）+（x-x0）f′
（x0），通过上述方法代换可得x1=x0-■，该x1就会比x0更接近于x？鄢，从而达到我们的目的。
由此就衍生出了著名的牛顿迭代公式：xn+1=xn-■，（n=0，1，2…）
四、总结
在本篇论文中，主要探究了泰勒公式的推导过程，从特例罗尔定理走向普遍性的柯西中值定理，最后演化为泰勒公式。
通过这篇论文，我了解到了数学的进步都是通过一次次的试探和科学的计算方法累积而成，绝非是一眨眼的功夫，而这些累积出来的成果，化为了一个个优美的公式，带给热爱数学的人无穷的精神财富，所以在平日的生活中，也需要有一颗善于推导，善于发现的心。
参考文献：
[1]伍胜健.北京大学数学教学系列丛书：数学分析（第一册）[M].北京大学出版社， 2015.。