【精品】泰勒公式的证明及其应用
泰勒公式的证明及应用(1)
一．摘要 (3)前言 (3)二、泰勒公式极其极其证明........................ (3)（一）带有皮亚诺型余项的泰勒公式 (3)（二）带有拉格朗日型余项的泰勒公式 (4)（三）带有柯西型余项的泰勒公式 (5)（四）积分型泰勒公式 (6)（五）二元函数的泰勒公式 (7)三、泰勒公式的若干应用 (8)（一）利用泰勒公式求极限 (8)（二）利用泰勒公式求高阶导数 (9)（三）利用泰勒公式判断敛散性 (10)（四）利用泰勒公式证明中值定理 (12)（五）利用泰勒公式证明不等式 (13)（六）利用泰勒公式求近似和值误差估计 (15)（七）利用泰勒公式研究函数的极值 (16)四、我对泰勒公式的认识 (16)参考文献 (17)英文翻译 (17)Taylor 公式的证明及应用【摘要】数学中的著名的公式都是一古典的数学问题，它们在数学，化学与物理领域都有很广泛的运用。
在现代数学中Taylor 公式有着重要地位，它对计算极限，敛散性的判断，不等式的证明、中值问题及高阶导的计算以及近似值的计算等方面都有很大的作用。
在本文中，我将谈到关于公式的几种形式及其证明方法并对以上几个方面进一步的运用，和我对几者之间的一些联系和差异的看法。
并通过具体事例进行具体的说明相关运用方法 【关键词】泰勒公式 佩亚诺余项 拉格朗日余项 极限 级数1、常见Taylor 公式定义及其证明我们通常所见的Taylor 公式有皮亚诺型、拉格朗日型、柯西型与积分型，还有常用的二元函数的Taylor 公式和高阶函数的Taylor 公式。
定义：设函数存在n 阶导数，由这些导数构成n 次多项式，称为函数在该点处的泰勒多项式各项系数称为泰勒系数。
1.1首先是带皮亚诺型余项的Taylor 公式：若函数f 在点0x 存在且有n 阶导数，则有0()()(())n n f x T x x x =+ο-即"'200000()()()()()()2!f x f x f x f x x x x x =+-+-+⋯()00()()!n n f x x x n +-0(())n x x +ο-. (2) 其中()n T x 是由这些导数构造的一个n 次多项式，"()'20000000()()()()()()()()2!!n n n f x f x T x f x f x x x x x x x n =+-+-+⋯+- （3）称为函数f 在点0x 处的Taylor 多项式，()n T x 的各项系数()0()!k f x k (1,2,,)k n =⋯称为Taylor 系数。
泰勒公式的证明及应用
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。
泰勒公式高中数学应用
泰勒公式高中数学应用泰勒公式是数学中一种重要的数值逼近方法，常应用于高等数学、物理学等科学领域中。
它的基本思想是通过泰勒级数将一个函数在一些点处展开成无穷级数，从而在该点的邻域内用该级数来逼近原函数的值，从而简化计算或研究问题。
下面将介绍泰勒公式的原理以及在高中数学应用中的具体例子。
泰勒公式的原理：泰勒公式是将一个函数在其中一点的邻域内用无穷级数来表示的方法。
它利用函数在该点处的导数以及所有高阶导数来进行级数展开。
对于光滑函数f(x)，在特定点a处的泰勒级数展开可以表示为：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+f'''(a)(x-a)^3/3!+...这里f(a)为函数在点a处的函数值，f'(a)为一阶导数在点a处的函数值，f''(a)为二阶导数在点a处的函数值，依此类推。
可以看出，泰勒级数展开的每一项都是原函数在a点的一些导数乘以(x-a)的幂和阶乘的商。
泰勒级数展开常常会被截断为有限项，这样就得到了泰勒公式：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!这里n为截断的项数。
在高中数学中，泰勒公式主要应用于以下几个方面：1.函数逼近：在一些情况下，一些函数无法直接求出解析表达式，但是可以通过泰勒公式对其进行逼近计算。
比如，对指数函数exp(x)在x=0处进行泰勒级数展开：exp(x) = 1 + x + x^2/2! + x^3/3! + ...然后，可以通过截断泰勒级数并选取合适的项数，来逼近计算exp(x)的值。
这种方法同样适用于对三角函数、对数函数等的逼近计算。
2.函数极值：在高中数学的最优化问题中，经常需要求取函数的极值点。
泰勒公式可以辅助求解函数的极值点。
泰勒公式的证明及其应用2
泰勒公式的证明及其应用XXX(XX 学校 XX 院 09级 XX 专业 2班)摘 要：泰勒公式是数学分析中的一部分重要内容。
本文论述了泰勒公式的基本内容，并着重从7个方面介绍了泰勒公式在数学分析和实际生活中的一些应用：利用泰勒公式证明恒等式和不等式，求极限和中值点的极限，还有应用在函数方程中，除此外，还可用泰勒公式求极值，研究函数图形的局部形态，从而更加清楚地认识泰勒公式的重要性．关键词：泰勒公式；极限；极值；中值点；函数；应用引言泰勒主要是从有限差分出发，得到格里戈里–牛顿插值公式，然后令初始变量为零，项数为无穷，但没有给出余项的具体表达式．随着后人的不断研究与完善，形成今天实用的泰勒公式．现代也有很多期刊和教材对这部分内容进行了介绍，对近似计算上的应用介绍也较全面，较系统，但在其它领域的应用则显简单，不系统，不全面，为了方便以后的学习，有必要对此部分内容进行归纳总结，而泰勒公式是一个多项式的拟合问题，而多项式是一种简单函数，它的研究对计算机编程计算极为方便．1 Taylor 公式首先看第一个问题，为了提高近似的精确程度，可以设想用一个x 的n 次多项式在0x 附近去逼近f ，即令()()()nn x x a x x a a x f 0010-++-+= （1．1）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()()00,x f x 的切线）去代替()x f y =,而是想用一条n 次抛物线()()()nn x x a x x a a x f 0010-++-+= 去替代它．由此猜想在点()()00,x f x 附近这两条曲线可能会拟合的更好些，那么系数n a a a ,,10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()()()nn 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：()!202x f a ''= 这样进行下去可得：()()()()()!,,!4,!3004403n x f a x f a 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 f x x x f x f x f 00000000!!-=-++-'+=∑= （1．2） 即0x 附近的点x 处的函数值()f x 可以通过0x 点的函数值和各级导数去计算．通过这个特殊的情形，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()()()()()()()()()200000002!!nnn f x f x T x f x f x x x x x x x n '''=+-+-++-称为函数()f x 在点0x 处的泰勒多项式，()n T x 的各项系数()()()01,2,3,,!kf x k n k =，称为泰勒系，因而n 次多项式的n 次泰勒多项式就是它本身．2 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()0f x 及n 阶导数值：()0x f '，()()()00,,x f x f n ''，以及用这些值表示动点x 处的函数值()f x ，本文研究泰勒公式的具体应用，比如证明中值公式，求极限等中的应用．2.1 应用Taylor 公式证明等式例1 设()f x 在[],a b 上三次可导，试证：(),c a b ∃∈，使得 ()()()()()1224a b f b f a f b a f c b a +⎛⎫''''=+-+- ⎪⎝⎭证明 （利用待定系数法）设k 为使下列式子成立的实数：()()()()310224a b f b f a f b a k b a +⎛⎫'-----= ⎪⎝⎭（2．1） 这时，问题归为证明，(),c a b ∃∈，使得：()k f c '''=令()()()()()31224a x g x f x f a f x a k x a +⎛⎫'=-----⎪⎝⎭，则()()0g a g b ==． 根据罗尔定理，(),a b ξ∃∈，使得()0g ξ'=，即：()()202228a a a k f f f a ξξξξξ++-⎛⎫⎛⎫''''----=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 这是关于k 的方程，注意到()f ξ'在点2a ξ+处的泰勒公式：()()()212228a a a f f f f c a ξξξξξ++-⎛⎫⎛⎫'''''''=++- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭其中(),c a b ∃∈，比较可得原命题成立．例2 设()f x 在[],a b 上有二阶导数，试证：(),c a b ∃∈，使得()()()()31224baa b f x dx b a f f c b a +⎛⎫''=-+- ⎪⎝⎭⎰ （2．2） 证明 记02a bx +=，则()f x 在0x 处泰勒公式展开式为：()()()()()()200002f f x f x f x x x x x ξ'''=+-+- （2．3）对（2．3）式两端同时取[],a b 上的积分，注意右端第二项积分为0，对第三项的积分，由于导数有介值性，第一积分中值定理成立：(),c a b ∃∈，使得()()()()()()2300112bbaaf x x dx f c x x dx f c b a ξ''''''-=-=-⎰⎰ 因此原命题成立．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，下面通过两个例子来说明一下．2．2 应用Taylor 公式证明不等式例3 设()f x 在[],a b 上二次可微，()0f x ''<，试证：12n a x x x b ∀≤≤<<≤，()1110,1,nn ni i i i i i i i i k k f k x k f x ===⎛⎫≥=> ⎪⎝⎭∑∑∑．证明 取01ni ii x k x ==∑，将()i f x 在0x x =处展开()()()()()()()()()200000002!i i i i i f f x f x f x x x x x f x f x x x ξ''''=+-+-<+-其中(1,2,3,.)i n =以i k 乘此式两端，然后n 个不等式相加，注意11nii k==∑()0110nniii ii i k x x k x x==-=-=∑∑得：()()011nn i i i i i i k f x f x f k x ==⎛⎫<= ⎪⎝⎭∑∑例4 设()f x 在[]0,1上有二阶导数，当01x ≤≤时，()(),2f x f x ''<．试证：当01x ≤≤时，()3f x '≤． 证明 ()f t 在x 处的泰勒展开式为：()()()()()()22!f f t f x f a t x t x ξ'''=+-+- 其中将t 分别换为1,0t t ==可得：()()()()()()21112!f f f x f x x x ξ'''=+-+- （2．4） ()()()()()()202!f f f x f x x x ψ'''=+-+- （2．5）所以（2．4）式减（2．5）()()()()()()221012!2!f f f f f x x x ξψ'''''-=+-- 从而()()()()()()()2222111012121322f x f f f x f x x x ξψ''''≤++-+≤+-+≤+= 由上述两个例子可以看出泰勒公式还可以用来证明不等式．例3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4说明可以对某些函数在一定范围内的界进行估计，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，在以后的学校中，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．2.3 应用Taylor 公式求极限例5 设函数()x ϕ在[),o +∞上二次连续可微，如果()x x ϕ+∞→lim 存在，且()x ϕ''在[),o +∞上有界，试证：()0lim ='+∞→x x ϕ． 证明 要证明()0lim ='+∞→x x ϕ，即要证：0,0εδ∀>∃>，当x M >时()x ϕε'<．利用Taylor 公式，0h ∀>，()()()()212x h x x h h ϕϕϕϕξ'''+=++ （2．6） 即()()()()112x x h x h hϕϕϕϕξ'''=+--⎡⎤⎣⎦ （2．7）记()x A x ϕ+∞→=lim ，因()x ϕ''有界，所以0M ∃>，使得()x M ϕ''≤ ， ()0x ∀≥ 故由（2．7）知()()()()112x x h A A x h h ϕϕϕϕξ⎡⎤'''≤+-+-+⎣⎦ （2．8） 0ε∀>，首先可取0h >充分小，使得122Mh ε<，然后将h 固定，因()x A x ϕ+∞→=lim ，所以0δ∃>，当x δ>时()()12x h A A x h εϕϕ⎡⎤+-+-<⎣⎦ 从而由（2．8）式即得：()22x εεϕε'<+=，即()0lim ='+∞→x x ϕ例6 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）y =（2）1521cos x y x e x -⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭． 解 （1）首先设所求的渐近线为y ax b =+，并令1u x=，则有：()()12330121lim lim x u u u a bu ax b u→∞→-+--⎤-=⎥⎦()0221133lim u u u a bu o u u →⎛⎫⎛⎫-+--+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭= ()01lim0u a bu o u u→--+== 从中解出：1,0a b ==。
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。
泰勒展开与泰勒公式的原理及应用
泰勒展开与泰勒公式的原理及应用在数学领域中，泰勒展开和泰勒公式是非常重要的概念。
它们不仅仅是数学的基本理论，还有广泛的应用，涉及到数学、物理、工程等各个领域。
本文将对泰勒展开和泰勒公式的原理和应用进行详细的讲解。
一、泰勒展开的原理泰勒展开是将一个函数在某点进行展开，使得该函数在该点处的函数值等于其展开式中前几项的和。
具体来说，泰勒展开的原理是利用函数的导数来逼近函数的值。
泰勒展开公式如下：$f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2+\frac{f'''(a)}{3!}(x-a)^3+…$其中，$f(x)$表示要展开的函数，$a$表示展开点，$f'(a)$表示$f(x)$在$a$点的一阶导数，$f''(a)$表示二阶导数，$f'''(a)$表示三阶导数，$…$表示高阶导数。
展开式总共有无限项，即展开式中包含了函数的所有导数。
如果只取展开式中的前$n$项，则可以得到如下式子：$f(x)=\sum\limits_{k=0}^{n}\frac{f^{(k)}(a)}{k!}(x-a)^k$这就是泰勒展开的$n$阶近似公式。
二、泰勒公式的原理泰勒公式是将一个函数在某个区间内进行展开，使得该函数在这个区间内的函数值可以用展开式中的前几项来近似表示。
具体来说，泰勒公式的原理是通过多项式逼近原函数。
泰勒公式与泰勒展开的区别在于，泰勒公式是在一个区间内进行展开，而泰勒展开一般是在某一点进行展开。
泰勒公式可以表示为：$f(x)=\sum\limits_{k=0}^{n}\frac{f^{(k)}(x_0)}{k!}(x-x_0)^k+R_n(x)$其中，$f(x)$表示要展开的函数，$n$表示要展开的级数，$x_0$表示展开的中心点，$R_n(x)$表示余项，表示展开式与原函数之间的误差。
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(taylor)公式在不等式证明中的应用
泰勒(taylor)公式在不等式证明中的应用
礼节介绍
1、泰勒公式是由美国数学家乔治·布莱尔·泰勒于1815年发明的，它是一种用来分析函数在某一点处的切线和曲线抛物线的数学工具，从而可以估计函数类型和特征。
2、泰勒公式可以用于函数无穷小展开式的应用，它可以解决许多函数的不等式证明、微积分和科学计算等问题。
3、泰勒公式的主要用在不等式证明中，它可以帮助数学家分析函数的某个特定点处的变化情况，从而推导出函数的不等式，有效地证明这个不等式。
4、使用泰勒公式证明不等式的步骤是:
(1)通过求解函数的导数来理解函数某点处的变化情况；
(2)求解函数在某处的切线；
(3)使用抛物线来拟合函数；
(4)使用推到出的抛物线上的不等式来表述函数中的不等式；
(5)最后，需要对不等式进行证明。
5、由于泰勒公式对函数分析和验证都有极大的帮助，它广泛应用于统计学、总体估计、微分方程、函数优化等多个领域中。
此外，它也可以为有效管理和校验一些数值问题提供有力的帮手，也是数学科学领域中数值分析的有力工具。
泰勒公式的证明及其应用
泰勒公式的证明及其应用摘要：以柯西定理、罗尔定理为基础,应用构造辅助函数法对带有Lagrange 余项的泰勒公式进行证明。
泰勒公式集中体现了微积分“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。
在现行教材对泰勒公式证明基础上,介绍泰勒公式的证明方法,并归纳了其在求极限与导数、判定级数敛散性、不等式证明、定积分证明、行列式计算、导数的中值公式等方面的应用。
关键词：Taylor 公式;Lagrange 余项;柯西定理;罗尔定理;辅助函数1．引言泰勒公式是高等数学中一个非常重要的内容，它将一些复杂的函数近似的表示为简单的多项式函数，这种化繁为简的功能，使它成为分析和研究其他数学问题的有力工具。
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（Brook Taylor ）。
于1717年，他以泰勒定理求解了数值方程。
泰勒的主要著作是1715年出版的《正的和反的增量方法》，书内陈述出他已于1712年7月给其老师梅钦（数学家 、天文学家）信中首先提出的著名定理——泰勒定理。
泰勒公式以现代形式表示则为：这公式是从格雷戈里－牛顿插值公式发展而成的，当x ＝0时便称作麦格劳林定理。
1772年，拉格朗日强调了此公式之重要性，而且称之为微分学基本定理，但泰勒于证明当中并没有考虑级数的收敛性，因而使证明不严谨， 这工作直至十九世纪二十年代才由柯西完成。
泰勒定理开创了有限差分理论，使任何单变量函数都可展成幂级数；同时亦使泰勒成了有限差分理论的奠基者。
泰勒于书中还讨论了微积分对一系列物理问题之应用，其中以有关弦的横向振动之结果尤为重要。
他透过求解方程导出了基本频率公式，开创了研究弦振问题之先河。
此外，此书还包括了他于数学上之其他创造性工作，如论述常微分方程的奇异解，曲率问题之研究等。
2．泰勒公式的证明泰勒公式的表示形式：()()()()()()()()()()n 21!2!!nn f a f a f a f x f a x a x a x a R x n '''=+-+-++-+（2.1）这里()n R x 为()f x 在点a 的n 次泰勒公式，简称泰勒余项。
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$(x-a)^2$。
泰勒公式的几种证明法及其应用-毕业论文
泰勒公式的⼏种证明法及其应⽤-毕业论⽂泰勒公式的⼏种证明法及其应⽤ -毕业论⽂【标题】泰勒公式的⼏种证明法及其应⽤【作者】张廷兵【关键词】泰勒公式构造函数法数学归纳法柯西中值定理应⽤【指导⽼师】陈波涛【专业】数学与应⽤数学【正⽂】1引⾔泰勒公式在分析和研究数学问题⽅⾯有着重要的应⽤。
但是它的证明⼤多数是重复运⽤柯西中值定理来推导，这给初学者从理解到接受有⼀定的困难。
为了给不同层次的学习者理解和接受泰勒公式提供⽅便。
本⽂研究不同的证明⽅法，给学习者提供了选择的余地。
归根结底，使学习者更好运⽤泰勒公式，为此就对泰勒公式的应⽤及技巧的总结。
2 带佩亚诺型余项泰勒公式的证明⽅法在初等函数中，最简单的函数就是多项式，对于数值计算和理论分析都很⽅便。
如果将⼀类复杂的函数⽤多项式来近似表⽰出来，其误差⼜能满⾜⼀定的要求。
那么，我们就可以表⽰出此函数。
若函数是n次多项式令 .于是对任意⼀个函数，只要函数在a点存在n阶导数，我们就可以写出⼀个相应的多项式称为函数在a点的n次泰勒多项式，那么n次泰勒多项式与函数在在点a的邻域上有什么联系呢,下⾯的定理回答了这个问题(定理1[1] 若函数在a点存在n阶导数 ,则其中 ,则上式就为在a点的泰勒公式, 为泰勒公式的余项.2.1⽅法⼀证明:将上式改为，有分⼦是函数 ,分母是函数 .应⽤n-1次柯西中值定理[2]其中其中其中 (⾄此已应⽤了n-1次柯西定理)当根据右导数定义,有同法可证:于是 , 表⽰余项是佩亚诺型. 证毕.2.2⽅法⼆证明在的⼀个邻域内有⼀阶导数，则存在且在处连续,即有则由极限与⽆穷⼩量的关系有:( 是⽆穷⼩量),⼜则 (2—1) 从(2—1)式推出:⽐较⽆穷⼩量与== (因为⼆阶可导) ⼜由极限与⽆穷⼩量的关系有:将上边代⼊(2—1)式:设 .则在处有阶导数,且设当时仍有:+ (2—2)从(2—2)中推出⽐较与 :=则: 即将上述代⼊(2—2)得:即当时, 仍可表⽰的阶多项式与之和，故对⼀切⾃然数n均有:2.3⽅法三证:设 [3]现在只要证显然可知,并易知因为存在,所以在点a的某领域内存在n=1阶导函数 . 于是，当且时,允许接连使⽤洛⽐达法则n-1次,得到=0证毕 .3带拉格朗⽇型余项的泰勒公式的证明⽅法定理1只是给出余项的定性描述,还不能进⾏定量的估计,下⾯定理解决了定性的估计.定理2[1] 若函数在闭区间[ a , b ] 上有连续的n 阶导数,在开区间( a , b) 内存在n + 1 阶导数则对任何x ?( a , b) ,则存在 ,使得3.1⽅法四在《⾼等数学》中，泰勒公式⼀般都是⽤柯西定理证明的，然⽽拉格朗⽇定理作为泰勒公式的特殊情况，担当对泰勒公式的证明，似乎更在情理之中。
泰勒公式和运用范文
泰勒公式和运用范文泰勒公式（Taylor series）是数学中一个非常重要的工具，它被用于在给定函数的其中一点附近近似展开这个函数。
泰勒公式的运用广泛，既用于数学推导，还用于物理、工程等领域中的问题求解。
本文将介绍泰勒公式的原理，并给出一些常见的应用例子。
一、泰勒公式的原理泰勒公式可以用来近似表示一些函数在其中一点附近的值。
公式的具体形式如下所示：f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)²/2!+f'''(a)(x-a)³/3!+...其中，f(x)代表原函数在点x处的值，f(a)代表原函数在点a处的值，f'(a)、f''(a)、f'''(a)分别代表原函数在点a处的一阶、二阶、三阶导数的值。
x-a表示x相对于点a的偏移量。
泰勒公式可以通过不断添加高阶导数项来提高近似的精度。
当阶数无限逼近时，就得到了原函数的精确表达。
大多数情况下，我们只需要保留前几项就能够得到足够精确的近似结果。
二、泰勒公式的应用举例1.正弦函数的泰勒展开正弦函数是一个周期为2π的函数，我们可以将其在其中一点进行泰勒展开。
假设我们要在点a附近展开正弦函数，那么泰勒公式的表达式为：sin(x) = sin(a) + cos(a)(x-a) - sin(a)(x-a)²/2! - cos(a)(x-a)³/3! + ...当a=0时，泰勒展开简化为：sin(x) = x - x³/3! + x⁵/5! - x⁷/7! + ...这个公式可以用来计算比较小角度范围内的正弦值，由于幂函数和阶乘函数的增长速度很快，展开后的结果准确度相对较高。
2.自然指数函数的泰勒展开自然指数函数e^x是一个在整个实数域上定义的函数，我们可以将其在点0附近进行泰勒展开。
泰勒公式的表达式为：e^x=1+x+x²/2!+x³/3!+...这个公式可以用来计算自然指数函数的近似值，只需要保留前几项即可得到足够精确的结果。
泰勒公式和泰勒级数的应用（精品）
NEW EDUCATION中专职教泰勒公式和泰勒级数的应○琼台师范高等专科学校何勤一、预备知识泰勒公式：若函数f 在x 0的某邻域内存在直至n+1阶的连续导数，则f (x)=f ′(x 0)(x 0-x 0)+f (x 0)2(x -x 0)2+…+f n(x 0)n!(x-x 0)n+R(x)①Rn(x)=f n+1(ξ)(n+1)!(x-x 0)n+1其中ξ在x 与x 0之间，称①为f 在x 0处的泰勒公式。
如果在①中抹去余项R n （x ），那么在x 0处附近f 可用①式右端的多项式来近似代替。
如果函数f 在x=x 0处存在任何阶的导数，这时称形式为f (x)=f ′(x 0)(x-x 0)+f ″(x 0)2(x-x0)2+…+f n(x 0)n!(x-x 0)n+…②的级数为函数f 在x 0的泰勒数。
二、泰勒级数在不等式证明中的应用函数f （x ）在x 0的某邻域上能展开为泰勒级数①，应用对泰勒公式R n (x)的讨论，可能证明一些不等式。
虽然泰勒级数在不等式的证明中应用不多，但是能够应用泰勒公式时，往往能收到事半功倍的效果。
例证明不等式1+x 2-x 28＜1+x 姨（x ＞0)分析：不等式左边是二次三项。
右边是无理式，两者没有明显的大小关系，作差显然不行，作商也比较麻烦，用微分的方法也麻烦，这时，可将1+x 姨用x 0=0时二阶泰勒公式表示出来，然后与左边的二次三项式作比较，进行判断两者的大小关系。
证明：设f （x)=1+x 姨,则f (0)=1f (x)=12(1+x)则f (0)=12f (x)=14(1+x)则f (0)=14f 苁(x)=38(1+x)代入x 0=0的二阶泰勒公式有f （x)=1+x 姨=1+x 2-x 28+116(1+θx)x 3,0＜θ＜1当x ＞0时余项116（1+θx)x 3＞0从而有：1+x 2-x 28＜1+x 姨。
三、在正项级数敛散性判定中的应用1.在级数理论中，要判定一个正项级数∞n =1Σαn是否收敛，通常要找一个较简单(p ＞0),再用比较判别法来判定,在的问题是如何选取适当的∞n =1Σ1np例如（1）若p =2，此时∞n =1Σ1n 2收敛lim n -＞∞a n 1n 2=+∞。
泰勒公式及其应用实践
泰勒公式及其应用实践第一部分：泰勒公式的基本原理泰勒公式是数学中的一种重要工具，用于表示一个函数在某点附近的近似表达式。
其基本原理可以简单描述为利用函数在某点处的导数来近似表示这个函数的值。
泰勒公式的一般形式可表示为：$$ f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + \\frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2 + \\cdots $$其中，f(a)代表函数在点a处的函数值，f′(a)代表函数在点a处的一阶导数，f″(a)代表函数在点a处的二阶导数，依次类推。
第二部分：泰勒公式的应用实践实例一：求函数在某点处的近似值假设有一个函数$f(x) = \\sin(x)$，要求在x=0处的函数值。
首先，我们可以计算出$f(0) = \\sin(0) = 0$，然后我们可以利用泰勒公式来近似表示$\\sin(x)$在x=0处的值。
根据泰勒公式的展开形式，我们可以得到：$$ \\sin(x) = x - \\frac{x^3}{3!} + \\frac{x^5}{5!} - \\cdots $$将x=0带入上式，可以得到$\\sin(0) = 0$，这与实际情况吻合。
实例二：解析求导问题泰勒公式还可以应用于解析求导的问题。
通过泰勒公式的展开，我们可以得到函数在某点处的导数表达式，从而可以简化导数的计算过程。
以函数f(x)=e x为例，我们可以通过泰勒公式展开来求f′(x)的表达式。
首先，我们知道e x在x=0处的求解，可以得到e0=1，然后根据泰勒公式展开：$$ e^x = 1 + x + \\frac{x^2}{2!} + \\frac{x^3}{3!} + \\cdots $$对上式求导，可以得到：$$ \\frac{d}{dx}e^x = 1 + x + \\frac{x^2}{2!} + \\frac{x^3}{3!} + \\cdots = e^x $$这样，我们就成功地求出了e x的导数表达式，从而简化了导数的计算过程。
(2021年整理)泰勒公式的证明与应用
泰勒公式的证明与应用编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（泰勒公式的证明与应用）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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本科生毕业论文（设计）册学院专业班级学生指导教师论文编号目录中文摘要、关键词 (Ⅱ)绪论 (1)一、泰勒简介 (1)二、泰勒公式的证明 (2)2.1带有佩亚诺型余项的泰勒公式 (2)2。
2 带有拉格朗日型余项的泰勒公式 (3)2.3几种常见函数的展开式 (4)三、泰勒公式应用 (5)3。
1应用泰勒公式求极限 (5)3.2利用泰勒公式证明不等式……………………………………(7)3。
3 利用泰勒公式判断级数、积分的敛散性 (11)3。
4利用泰勒公式证明根的唯一存在性 (13)3。
5 利用泰勒公式证明函数极值 (14)3。
6利用泰勒公式近似计算求值 (14)3。
6.1 对函数的近似计算 (14)3。
6.2求高阶导数在某些点的数值 (16)3.6。
3求行列式的值 (17)参考文献 (20)英文摘要、关键词 (Ⅲ)泰勒公式的证明与应用摘要本文主要介绍了泰勒公式及其常见的几个函数展开式。
在微积分学中，泰勒定理,是给出了一个近似k次可微函数，通过给定k—阶泰勒多项式点周围。
对于解析函数在某一点的泰勒多项式是有限阶泰勒级数，这完全决定在一些点附近的函数。
泰勒公式的初衷也就是用多项式来近似表示函数在某一点周围的情况,从而可以将复杂的函数在定义域内某一具体点展成我们熟悉的多项式,也即用一个多项式函数去逼近原函数,将误差控制在我们需要的范围内，从而更加有利于我们简化计算、思维方式,从而得到我们想要的答案来解决问题。
泰勒公式的几种证明及应用
泰勒公式的几种证明及应用摘要：泰勒公式是高等数学中的重要公式，它在理论上和使用上都有很重要的作用.本文将运用分析法或数学归纳法对带有佩亚诺型余项、拉格朗日型余项、积分型余项这三种带有不同型余项的泰勒公式进行简单易懂的证明，从而能更好地理解泰勒公式的内容及性质.在深刻理解的基础上，对泰勒公式在高等数学中有关近似计算及误差估计、求极限、研究函数的极值问题、证明等式或不等式和关于界的估计等方面的应用给予一定的介绍，然后分别给出例题.关键词：泰勒公式 佩亚诺型余项 拉格朗日型余项 积分型余项 应用Several Proofs and Applications of Taylor FormulaAbstract: Taylor formula is an important formula in higher mathematics, it plays a very important role intheoretical and methodological. In order to better understand the content and nature of Taylor formula, this article will use the method of analysis or mathematical induction to prove three different kinds of Taylor formula with remainder terms: Peano remainder term, Lagrange remainder term, and Integral remainder term. On the basis of deep understanding, then the article gives some introductions about the applications of Taylor formula in these aspects: approximate calculation and error estimation, work out limit, research problem of function’s extreme value, the proving of equality or inequality, and about boundary estimate, also supported by examples.Keywords: Taylor formula; Peano remainder term; Lagrange remainder term; Integral remainder term;application1. 引言大家都知道，多项式函数是各类函数中结构较简单、计算较方便的一种，用多项式逼近函数是近似计算和理论分析的一个重要内容.可以看到用00()()()f x f x x x '+-这个)(0x x -的一次多项式近似代替)(x f 且求其在0x 附近的函数值是很方便的，但是它的精确度往往并不能满足我们的实际需求，这就要求我们能够找到一个关于)(0x x -的n 次多项式.由此，著名数学家泰勒在1912年7月给其老师梅钦的信中提出了著名的定理——泰勒定理，用泰勒公式可以很好地解决用多项式近似代替某些较复杂函数这类复杂的问题.2.泰勒公式的证明泰勒公式有几种不同的形式，在这里我们将对三种带有不同型余项的泰勒公式给予逻辑严谨、简单易懂的证明. 2.1带有佩亚诺型余项的泰勒公式定理1[1] 若函数f 在点o x 存在直至n 阶导数，则有()()()()()()()()()()()()2000000002!!n n n f x f x f x f x f x x x x x x x o x x n '''=+-+-++-+-证：设()()()()()()()()200000002!!n n n f x f x T f x f x x x x x x x n '''=+-+-++-（1） ()()n n R f x T x =- ()0()nn Q x x x =-现在只要证 ()()0lim0n x x nR x Q x →=由关系式（1）可知()()()()0000n n n n R x R x R x '====并易知()()()()10000,n n n n Q x Q x Q x -'==== ()()0!n n Q x n =因为()()0n f x 存在，所以在点o x 的某邻域()0U x 内f 存在1n -阶导函数.于是，当()0x U x ︒∈且0x x →时，允许接连使用洛必达法则1-n 次，得 到 ()()()()()()()()0011lim lim lim n n n n n x x x x x x n nn R x R x R x Q x Q x Q x --→→→'===' ()()()()()()()()()110000lim12n n n x x f x f x f x x x n n x x --→---=--()()()()()()0110001lim !n n n x x f x f x f x n x x --→⎡⎤-=-⎢⎥-⎢⎥⎣⎦0= 所以有()()()()()()()()()()()2000000002!!n n n f x f x f x f x f x x x x x x x o x x n '''=+-+-++-+-则此式得证.2.2带有拉格朗日型余项的泰勒公式定理2[2] 设函数f 在某个包含0x 的开区间),(b a 中有1到n +1阶的各阶导数，则(),x a b ∀∈，有()()()()()()()()()200000002!!n n f x f x f x f x f x x x x x x x n '''=+-+-++-()()()()1101!n n f x x n ξ+++-+ （2）其中ξ是介于0x 与x 之间的某个点，当0x 固定之后，ξ只与x 有关. 证：(2)式可以改写成()()()()()()()()()200000002!!n nf x f x f x f x f x x x x x x x n ⎡⎤'''-+-+-++-⎢⎥⎢⎥⎣⎦()()()()1101!n n f x x n ξ++=-+ 或者()()()()(1)101!n n n R x f n x x ξ++=+-. （3） 为了证明（3）式，我们对于（3）式左端连续运用柯西中值定理（已推出()()()()0000n n n n R x R x R x '====）： ()()()()()()()()011100101n n nn n nR x R x R x R x x x x n x ξξ++'-==--+-()()()()()()()1021102011nn nnn R R x R n xn n x ξξξξ-''''-==+-+-()()()()201201nn n R R x n n x ξξ-''''-==+-()()()()0231n n n n R n n x ξξ=⋅+-()()()()()()00231n n n n n n R R x n n x ξξ-=⋅+-()()()11!n n R n ξ+=+ （4）在此推导过程中，1ξ是介于0x 与x 之间的某个点；2ξ是介于0x 与1ξ之间的某个点，，ξ是介于0x 与n ξ之间的点.因而，ξ介于0x 与x 之间. 又注意到 ()()()()11n n n R f ξξ++= ，所以（4）式就可以得到（3）式 ，进而推出（2）式. 即定理得证.在这里定理1和定理2我们都是用分析法来证明的，实际上，我们还可以用递推法或数学归纳法来进行证明，下面的定理3我们就是用数学归纳法来证明的. 2.3带有积分型余项的泰勒公式定理3[3] 设函数()f x 在点0x 的某邻域()0U x 内有n +1阶连续导函数，则()()()()()()()()()200000002!!n n f x f x f x f x f x x x x x x x n '''=+-+-++-()()()011!x nn x f t x t dt n ++-⎰ ，0[,].t x x ∈ （5） 证：从已知条件可知()1,,,n f f f +'在0[,]x x 上是连续的.那么我们有()()()00x x f x f x f t dt '-=⎰ （6） 在（6）中令(),()u f t v x t '==-- 则(),du f t dt dv dt ''==.利用分部积分公式 我们就有()()()()()0||xxx xx x x x x x f t dt uv vdu f t x t x t f t dt ''''=-=--+-⎰⎰⎰（7）结合（6）式和（7）式得到()()()()()()0000x x x t f f x f d x x t x f x t '''=---+⎰这就是1n =时的情形，符合公式（5）.我们同理可容易看出2n =时也成立. 假设1n -（此时指的是2n ≥的情形）时仍然可以得到（5）式是成立的， 即是有()()()()()()()()()()1200000002!1!n n f x f x f x f x f x x x x x x x n -'''-=-+-++--()()()()0111!x n n x x t f t dt n -+--⎰ （8） 在（8）式中令()()(),!n n x t u ft v n -==- 则()()()()11,1!n n x t du f t dt dv dt n -+-==-. 利用推广分部积分公式我们就有()()()()011!n xn x x t f t dt n ---⎰()()()()()()01!!xn n nxn x x x t x t f d n t f n t t +--=-+⎰()()()()()()0100!!nxn nn x x t x f x x n dt n f t +--=+⎰（9） 将（9）式代入（8）式得到（5）式，即在n 的情形下（5）式仍然成立. 故证得此泰勒公式成立.定理3运用分部积分法的推广公式结合数学归纳法来证明的，但实际上定理3也是可以用分析法来证明的.经过三个定理的证明我们可以清楚地看到这几种带不同型余项的泰勒公式是可以相互转化的，例如：在定理3中存在),(0x x ∈ξ有由推广的积分第一中值定理得到=)(x R ()()()011!x nn x f x t dt n ξ+-⎰=10)1())(()!1(1++-+n n x x f n ξ.这就转化成了定理2中的余项形式，这就是说带有积分型余项的泰勒公式和带有拉格朗日型余项的泰勒公式是可以相互转化的，经过实际演算我们还可以很容易地得到其它几种型余项的泰勒公式之间的相互转化.那么也可以说只需要知道其中一种余项的泰勒公式的证明，我们就可以轻松证明出其它型余项的泰勒公式，当然这其中也包括很重要的带有柯西型余项的泰勒公式.3.泰勒公式的应用泰勒公式是解决高等数学问题的很重要的工具，但是很多同学仅仅对泰勒公式的展开式比较熟悉，而对泰勒公式的其它应用方法没有深入的了解.实际上，泰勒公式在近似计算及误差估计、求极限、研究函数的极值问题等问题的解决过程中也有很重要的应用.下面举几个例子进行阐述. 3.1近似计算及误差估计例1.=3273=，所以可以设()f x = 先求027x =处()f x 的三阶泰勒公式：因 ()2313f x x -'=，()5329f x x -''=-，()831027f x x -'''=. 所以得(27)3f = ， 31(27)3f '= ， 72(27)3f ''=- ， 1110(27)3f '''= 及 11(4)3480()3fx x -=- ，故23411371243115803(27)(27)(27)(27).3334!3[27(27)]x x x x x θ=+---+---⋅+-其中()0,1θ∈， 又30x =， 于是43114380||(3027)4!3[27(27)]R x θ=-⋅+-454111280103 1.88104!333-<⋅=≈⨯⋅⋅2591153333≈+-+30.1111110.0041150.000254≈+-+ 3.10725=计算时，分数化小数取六位小数，合起来误差不超过50.310,-⨯再加上余项误差，总误差不超过52.210.-⨯用多项式逼近函数进行近似计算是泰勒公式的重要应用，且应用高阶导数可以进一步精确地求出近似值，减小误差.本题用已知函数的泰勒公式的值（其项数可根据实际需要取），作为已知函数的近似值，用来进行近似计算，且用泰勒公式的余项来估计所产生的误差.一般如果对我们已经确定的n ，我们先令M x f n ≤+|)(|)1(，则有估计误差110)1()!1()()!1()(||+++-+≤-+=n n n n x x n Mx x n f R ξ.3.2求极限例2：求()2220112lim cos sin x x x x e x→+-- 的极限值.解： 在这里由于22~sin x x ，把其它各项分别展开成带有佩亚诺型余项的泰勒公式，则有)(8121114422x o x x x +-+=+，那么分子变为244111()28x x o x +=+， 分子式4=n ,则分母中可以将括号里展开成2=n 的情形，即有)(211cos 32x o x x +-= ， )(1222x o x e x ++= ， 则有 )(23cos 222x o x e x x +-=-，所以此求极限的式子可以简化为244220022211()1182lim lim 312(cos )sin ()2x x x x o x x x e x x o x x →→++==-⎡⎤--+⎢⎥⎣⎦. 故所求极限值是121-. 对于求0型的极限问题，常可以用洛必达法则，但对于像此例这种要连求几次导数，运算非常麻烦的情形我们可以考虑用带有佩亚诺型余项的泰勒公式加以解决.由此例可以看出泰勒公式是进行无穷小量分析比较的一个非常精细的工具.有些求极限的问题并非0型的，我们仍然需要用到泰勒公式去求极限，如下例：例3：求⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-∞→x x x x 11ln lim 2 的极限值.解：因为⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+221121111ln x o x x x ，)(∞→x ，所以得到⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-∞→x x x x 11ln lim 22211lim 12x o x x →∞⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎣⎦12=得到极限值是12.3.3研究函数的极值问题在研究函数的极值问题时我们往往也可以应用泰勒公式达到化整为零、快速解题的效果.例4：设f 在0x 的某邻域内存在直到1n -阶导数，在0x 处n 阶可导，且0)(0)(=x f k)1,,2,1(-=n k ，0)(0)(≠x fn ，证明:若n 为偶数，则0x 是)(x f 的极值点；若n 为奇数，则)(x f 在0x 处不取极值.证:由定理1我们知道f 在点0x 处的n 阶泰勒公式即为()()()()()()()()()()()()2000000002!!n n n f x f x f x f x f x x x x x x x o x x n '''=+-+-++-+-又由题目条件可以看到0)()()(0)1(00===''='-x f x f x f n ，则上式可以简化成))(())((!1)()(000)(0n n n x x o x x x f n x f x f -+-+=，因此有n n x x o x f n x f x f )()1()(!1)()(00)(0-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=- （10）又因为0)(≠n f，故存在正数δδ'≤，当);(0δ'∈x U x 时，)(!10)(x f n n 与)1()(!10)(o x f n n +同号.所以， 若n 为偶数，则当0)(0)(<x f n 时（10）式取负号，从而对任意);(0δ'∈x U x 有)()(0x f x f <，则此时f 在0x 处取得极大值；同理0)(0)(>x fn 时f 在0x 处取得极小值. 故若n 为偶数，0x 是)(x f 的极值点.若n 为奇数，则任取),(001δ'+∈x x x ，),(002x x x δ'-∈，且0)(01>-n x x ，0)(02<-n x x 当0)(0)(<x f n 时，有)()()(201x f x f x f << ，在0x 处取不到极值；同理当0)(0)(<x f n 时也在0x 处取不到极值.故若n 为奇数，)(x f 在0x 处不取极值.题目中提到了几阶导数的问题，而我们有时感觉到无从下手，此时我们就应该想到应用泰勒公式，常常能达到意料不到的效果，事半功倍. 3.4证明等式或不等式证明等式或不等式的方法有很多种，但是在含有一阶以上的导数时一般可运用泰勒公式进行证明.3.4.1证明等式问题例5：证明：若()f x 在[,]a b 上有n 阶导数存在，且()()()()()()10n f a f b f b f b f b -'''======，则在(,)a b 内至少存在一点ξ，使得()()0n f ξ=.证：由于()f x 在[,]a b 上有n 阶导数，故可在x b =处展成1-n 阶泰勒公式()()()()()()1112()()()()()().2!(1)!!n n n n f b f f b f x f b f b x b x b x b x b n n ξ--'''=+-+-++-+-- 其中1ξ在x 与b 之间. 又因为()()()()()10,n f b f b f b f b -'''=====故由上式可得()()()()11!nn f x f x b n ξ=-. 当x a =时，有()()()()()1,!nn f a f a b a b n ξξ=-<<.又()()0,0,nf a a b =-≠故知在(),a b 内必有一点,ξ使得()()0.nf ξ=3.4.2证明不等式问题例6：证明：若函数()f x 在[,]a b 上存在二阶导数，且()()0f a f b ''==，则在(),a b 内存在一点c ，使()()()()24||||f c f b f a b a ''≥--.证：将2a b f +⎛⎫⎪⎝⎭分别在点a 和点b 展成泰勒公式，并注意()()0f a f b ''==，有()()211,22!22f a b b a a b f f a a ξξ''+-+⎛⎫⎛⎫=+<< ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭; ()()222,22!22f a b b a a b f f b b ξξ''+-+⎛⎫⎛⎫=+<< ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭. 令 ()()()12||max{||,||}f c f f ξξ''''''=.则 ()()()()||22a b a b f b f a f b f f f a ++⎛⎫⎛⎫-≤-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()22212222f f b a b a ξξ''''--⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()()()2211||||24b a f f ξξ-⎡⎤''''=+⎢⎥⎣⎦ ()()2||4b a fc -''≤即()()()()24||||f c f b f a b a ''≥--.由例4、例5可以看出用泰勒公式证明问题这类题目中往往涉及函数的高阶导数.应用的关键在于如何选择要展开的函数，在哪一点展开，以及展开的次数（一般比最高阶导数低一阶）等，这些都要根据题设的条件进行具体问题具体分析. 3.5关于界的估计泰勒公式在有关界的估计方面的应用也是非常巧妙的.例7：设函数f 在(,)-∞+∞上有三阶导数，如果()f x 与()f x '''有界，试证()f x '与()f x ''也有界.证： 设 ()0||,f x M ≤ ()3||,()f x M x '''≤-∞<<+∞， 其中03,M M 都是常数.将f 在任意一点x 处展开成带有拉格朗日型余项的二阶泰勒公式 即有()()()()()()()()()()111,26111,26f x f x f x f x f f x f x f x f x f ξη''''''+-=++''''''--=-+-其中()(),1,1,x x x x ξη∈+∈-.以上两式加减分别得到 ()()()112f x f x f x ++--()()()1[],6f x f f ξη''''''''=+-()()()()()1112[],6f x f x f x f f ξη'''''''+--=++ 由以上两式分别得到 ()()()()()()1||112[]6f x f x f x f x f f ξη''''''''=++---- 0314,3M M ≤+ ()()()()()1|2|11[]6f x f x f x f f ξη'''''''=+---+ 03123M M ≤+， 即()f x '与()f x ''在(,)-∞+∞上也有界.4.总结从泰勒公式在微积分的重要地位可以看出对泰勒公式进行证明是非常有必要的，进一步加深了我们对泰勒公式的理解及应用.通过上述证明及应用举例，我们能够知道：①泰勒公式是应用高阶导数研究函数性态的工具，凡是已知函数()f x 的高阶导数研究函数()f x 的性态都要应用泰勒公式；②泰勒公式有两种不同类型的余项：一种是定性的，如佩亚诺型余项；一种是定量的，如拉格朗日型余项等.参考文献：[1] 华东师范大学数学系.数学分析（上）[M].北京：高等教育出版社，2001.134-140页.[2] 韩云端，扈志明. 微积分教程（上）[M].北京：清华大学出版社，1999.188-203页.[3] S.I.Grossmon ，周性伟.微积分及其应用[M].天津：天津科学技术出版社，1988. 51-56页.[4] 蔡光兴，李德宜.微积分（经管类）[M].北京：科学出版社，2004.127页.[5] 王元殿.带不同型余项泰勒公式的证明[J].电大理工，2000，第205期：36-38页.[6] 同济大学数学系.高等数学（上）[M].北京：高等教育出版社，2007.139-145页.[7] 王素芳，陶荣，张永胜.泰勒公式在计算及证明中的应用[N].洛阳工业高等专科学校学报，2003-6-第13卷第2期.[8] 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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。
考研数学-专题7 泰勒公式及其应用
专题7 泰勒公式及其应用(一) 泰勒公式定理1（皮亚诺型余项泰勒公式） 如果)(x f 在点0x 有直至n 阶的导数，则有)()(!)()(!2)())(()()(00)(200000x R x x n x f x x x f x x x f x f x f n n n +−++−′′+−′+=L常称))(()(0nn x x o x R −=为皮亚诺型余项. 若00=x ，则得麦克劳林公式：).(!)0(!2)0()0()0()()(2n nn x o x n f x f x f f x f +++′′+′+=L定理2（拉格朗日型余项泰勒公式）设函数)(x f 在含有0x 的开区间),(b a 内有1+n 阶的导数，则当),(b a x ∈时有)()(!)()(!2)())(()()(00)(200000x R x x n x f x x x f x x x f x f x f n n n +−++−′′+−′+=L其中10)1()(1)()(++−)!+(=n n n x x n f x R ξ，这里ξ介于0x 与x 之间，称为拉格朗日型余项. 几个常用的泰勒公式 (拉格朗日型余项)12)!1(!!21)1(+++++++=n x nxx n e n x x x e θL121213)!12(cos )1()!12()1(!3sin )2(+−−+−+−−++−=n nn n x n x n x x x x θL 22122)!22(cos )1()!2()1(!21cos )3(+++−+−++−=n n n n x n x n x x x θL1112)1)(1()1()1(2)1ln()4(++−++−+−++−=+n n nnn x n x n x x x x θL n x n n x x x !)1()1(!2)1(1)1()5(2+−−++−++=+αααααααL L11)1()!1())(1()1(+−−++−+−−+n n x x n n n αθααααL(二) 泰勒公式本质及两个泰勒公式的异同点1. 本质（相同点）1）用多项式逼近函数 2) 用已知点信息表示未知点 3) 建立函数与高阶导数的关系2. 不同点1）条件不同皮亚诺型余项： )(x f 在点0x 有直至n 阶的导数拉格朗日型余项：)(x f 在含有0x 的开区间),(b a 内有1+n 阶的导数2）余项不同皮亚诺型余项： ))(()(0nn x x o x R −=； 定性；局部.拉格朗日型余项：10)1()(1)()(++−)!+(=n n n x x n f x R ξ；定量；整体. 【注】通常称皮亚诺型余项泰勒公式为局部泰勒公式，主要用来研究函数的局部性态（如：极限，极值）；而称拉格朗日型余项泰勒公式为整体泰勒公式，主要用来研究函数的整体性态（如：最值，不等式）.(三) 泰勒公式的应用1.利用高阶导数研究函数性态【例1】若,0)()()(0)1(00===′′=′−x f x f x f n L )2(0)(0)(≥≠n x f n ，则当n 为偶数时)(x f 在0x 处有极值.其中0)(0)(>x fn 时极小，0)(0)(<x f n 时极大；当n 为奇数时)(x f 在0x 处无极值.【例2】设函数)(x f 在]1,0[上二阶可导，且,1)(,0)0(,1)0(≤′′=′=x f f f 试证：)(x f 在]1,0[上的最大值不超过.232.计算函数近似值【例1】计算e 的近似值，使误差不超过.106−【解】 )(!!212x R n xx x e n nx+++++=L11)!1()!1()(+++<+=n xn n x n e x n e x R ξ取1=x ，得 !1!2111n e ++++≈L 其误差 )!1(3)!1(+<+=n n e R n当10=n 时，误差不超过.106−得.718282.2≈e3.求极限【例1】 ._________cos 11lim 0=−−−−+→xx xe x x ]3[−【解】【例2】设)(x f 在0=x 的某邻域内二阶可导，且0)(3sin lim 230=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+→x x f xx x ,则 (A) 0)(3lim 220=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+→x x f x x (B)3)0(=f(C)3)0(=′f (C)9)0(=′′f (D)【例3】(2001年1)设)(x f y =在)1,1(−内具有二阶连续导数,且0)(≠′′x f ，试证： （1）对于)1,1(−内的任一0≠x ，存在唯一的)1,0()(∈x θ，使))(()0()(x x f x f x f θ′+=成立；（2）21)(lim 0=→x x θ. 【证】（1）任给非零)1,1(−∈x ，由拉格朗日中值定理得).1)(0())(()0()(<<′+=x x x f x f x f θθ因为)(x f ′′在)1,1(−内连续,且0)(≠′′x f ，所以)(x f ′′在)1,1(−内不变号，不妨设0)(>′′x f ，则)(x f ′在)1,1(−内严格单增，故)(x θ唯一.（2）由泰勒公式得2)(21)0()0()(x f x f f x f ξ′′+′+=， ξ在0与x 之间.所以 2)(21)0()0()())((x f x f f x f x x f x ξθ′′+′=−=′，从而 ).(21)()0())(()(ξθθθf x x f x x f x ′′=′−′由于)0()()0())((limf xx f x x f x ′′=′−′→θθ，)0()(lim 0f f x ′′=′′→ξ，故 21)(lim 0=→x x θ. 4.求高阶导数【例1】(2015年2) 函数xx x f 2)(2=在0=x 处的n 阶导数.________)0()(=n f])2)(ln 1([2−−n n n【解1】 【解2】【例2】设),()()(x a x x f nϕ−=其中)(x ϕ在a x =处n 阶可导,若m 为不超过n 的正整数,则)()()(=+a fm n(A)!)()(n a m ϕ (B)!)()(m a n ϕ(C))(!)!()(a m m n m ϕ+ (D))()!(!)(a m n n n ϕ+ (C)【解1】【解2】【解3】5.证明不等式或等式【例1】设1)(lim,0)(30)4(=>→xx f x f x ，试证：)0()(3≠>x x x f .【例2】（1996年1,2）设)(x f 在[0,1]上具有二阶导数,且满足条件a x f ≤|)(|,b x f ≤′′|)(|,其中b a ,都是非负常数,c 是(0,1)内任一点.（1）写出)(x f 在点c 处带拉格朗日型余项的一阶泰勒公式； （2）证明 .22|)(|ba c f +≤′ 【证】（1） 2)(!2)())(()()(c x f c x c f c f x f −′′+−′+=ξ （2）在以上泰勒公式中，分别令0=x 和1=x 则有21)0(!2)()0)(()()0(c f c c f c f f −′′+−′+=ξ （1） 22)1(!2)()1)(()()1(c f c c f c f f −′′+−′+=ξ （2）（2）式减（1）式得])()1)(([21)()0()1(2122c f c f c f f f ξξ′′−−′′+′=−]|)(|)1(|)([|21)1()0(|)(|2122c f c f f f c f ξξ′′+−′′++≤′])1[(2222c c b a +−+≤又因为当)1,0(∈c 时，,1)1(22≤+−c c 故.22|)(|b a c f +≤′【例3】（1999年2）设函数)(x f 在闭区间]1,1[−上具有三阶连续导数，且0)1(=−f ，1)1(=f ，0)0(=′f ，证明：在开区间)1,1(−内至少存在一点ξ，使3)(=′′′ξf .【证法1】 由麦克劳林公式得32)(!31)0(!21)0()0()(x f x f x f f x f η′′′+′′+′+=， 其中η介于0与x 之间，]1,1[−∈x . 分别令1−=x 和1=x ，并结合已知条件，得01),(61)0(21)0()1(011<<−′′′−′′+=−=ηηf f f f .10),(61)0(21)0()1(122<<′′′+′′+==ηηf f f f两式相减，可得.6)()(21=′′′+′′′ηηf f因)(x f ′′′连续，)(x f ′′′在闭区间],[21ηη上有最大值和最小值，设其分别为M 和m ，则有.)]()([2121M f f m ≤′′′+′′′≤ηη再由连续函数的介值定理知，至少存在一点)1,1(],[21−⊂∈ηηξ，使.3)]()([21)(21=′′′+′′′=′′′ηηξf f f【证法2】【例4】设)(x f 在[0,1]上二阶可导,2)(max ,0)1()0(10===≤≤x f f f x .试证存在点)1,0(∈ξ使16)(−≤′′ξf .【证法1】设2)(max )(10==≤≤x f c f x ，则10<<c ，且0)(=′c f ，由泰勒公式知2)(!2)())(()()(c x f c x c f c f x f −′′+−′+=ξ 在上式中分别令0=x ，和1=x 得214)(cf −=′′ξ ),0(1c ∈ξ 22)1(4)(c f −−=′′ξ )1,(2c ∈ξ若21≤c ，则16)21(44)(221−=−≤−=′′c f ξ若21>c ，则16)21(4)1(4)(222−=−≤−−=′′c f ξ 故存在点)1,0(∈ξ使16)(−≤′′ξf .【证法2】【例5】设)(x f 在],[b a 上有二阶连续导数，且,0)()(==b f a f ,)(max ],[x f M b a x ′′=∈证明：.12)()(3M a b dx x f ba−≤∫【证1】由泰勒公式得21)(!2)())(()()(x a f x a x f x f a f −′′+−′+=ξ (1) 22)(!2)())(()()(x b f x b x f x f b f −′′+−′+=ξ (2)(1)式加(2)式得2221)(!2)()(!2)()2)(()(20x b f x a f x b a x f x f −′′+−′′+−+′+=ξξ 两端从a 到b 积分得 +−++=∫∫baba x df xb a dx x f )()2()(20dx x b f x a f ba])(!2)()(!2)([2221−′′+−′′∫ξξ 又∫∫∫=+−+=−+bababa badx x f dx x f x f x b a x df x b a )(2)(2)()2()()2( 则 =∫ba dx x f )(4dx x b f x a f ba ])(!2)()(!2)([2221−′′+−′′−∫ξξ dx x b M dx x a M dx x f b a b a b a ∫∫∫−+−≤22)(2)(2)(4 333)(3)(6)(6a b Ma b M a b M −=−+−=故.12)()(3M a b dx x f ba−≤∫【证2】∫bax x f d )(∫−=baa x x f )d()(∫−′−−=baba x a x x f x f a x d ))(()()(∫−−′−=bab x a x x f )d())((∫∫−′+−−′′+′−−−=bababa dxb x x f x b x a x x f x f b x a x ))((d ))()(()())(( ∫∫−+−−′′=ba bax df b x x b x a x x f )()(d ))()((∫∫−−−′′=babadx x f x b x a x x f )(d ))()((则 ∫ba x x f d )(∫−−′′=bax b x a x x f d ))()((21∫−−′′=ba xb x a x f d ))((2)(ξ （积分中值定理）∫−−′′=b a a x b x f 2)d()(4)(ξ3)(12)(a b f −′′−=ξ 故 .12)()(3M a b dx x f ba−≤∫思考题： 1.试证 ).0(1812112>+<−+x x x x2.设)(x f 在],[b a 上连续，在),(b a 内二阶可导，试证存在),(b a ∈ξ，使)(4)()()2(2)(2ξf a b a f b a f b f ′′−=++−. 3.设)(x f 三阶可导,且0)(lim,1)1(,0)1(0===−→xx f f f x ,试证存在)1,1(−∈η,使3)(≥′′′ηf .4. 若)(x f 在]1,0[上二阶可导,且0)1()0(,1)1(,0)0(=′=′==f f f f ,试证: ]1,0[∈ξ,使2)(≥′′ξf .5. 设)(x f 在0x x =的某邻域内1+n 阶可导，且,0)(0)1(≠+x fn).)((!)(!21)()()(0)(20000h h x f n h h x f h x f x f h x f n n θ+++′′+′+=+L 求极限).(lim 0h h θ→答案提示：1.【证】)(!2)121(21211)1(12221x R x x x x +−++=+=+ )(8121122x R x x +−+=其中).10(,)1(!3)221)(121(21)(33212<<+−−=−θθx x x R 由于当0>x 时，,0)(2>x R 则).0(1812112>+<−+x x x x2.【证1】2)2(!2)()2)(2()2()(b a x f b a x b a f b a f x f +−′′++−+′++=ξ 在上式中分别令b x a x ==,得4)(!2)()2)(2()2()(21a b f b a b a f b a f a f −′′+−+′++=ξ4)(!2)()2)(2()2()(22a b f a b b a f b a f b f −′′+−+′++=ξ上式两端相加得8)()]()([)2(2)()(221a b f f b a f b f a f −′′+′′++=+ξξ由)(x f 二阶可导及导函数的介值性知，存在ξ使得).(2)()(21ξξξf f f ′′=′′+′′则)(4)()2(2)()(2ξf a b b a f b f a f ′′−++=+【证2】令)()2()(x f ab x f x −−+=ϕ 2)]()2([2)()()2(a b c f a b c f a b c a b a −′−−+′=−′=−+ϕϕϕ 4)()(2a b f −′′=ξ即 4)()()2(2)()(2a b f b a f a f b f −′′=+−+ξ 3.提示：由0)(lim=→xx f x 知，.0)0(,0)0(=′=f f 写出)(x f 在0=x 处拉格朗日余项的二阶泰勒公式，再将1,1=−=x x 代入便可证明.4. 提示：分别写出)(x f 在1,0==x x 处拉格朗日余项的二阶泰勒公式，然后两式相减便可证明.5. 提示：参见：3.求极限中的例3，.11)(lim 0+=→n h h θ。
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泰勒公式的证明及其应用数学与应用数学专业胡心愿［摘要］泰勒公式的相关理论是函数逼近论的基础.本文主要探索的是泰勒公式的一些证明方法，并对不同的证明方法进行相应的比较分析,在此基础上讨论泰勒公式在证明不等式、求函数极限、求近似值、求行列式的值、讨论了函数的凹凸性，判别拐点,判断级数敛散性等方面的应用.本文还针对多元函数的泰勒公式的推导和应用做了简单的论述。
［关键词］泰勒公式;不等式；应用；ProofofTaylor'sFormulaandItsApplicationMathematicsandApplicedMathematicsMajorHUXin-yuanAbstract：ThetheoryaboutTaylor'sFormulaisthebasiccontentofApproximationTheory。
WhatthispaperexploresissomemethodsthatprooftheTaylor'sFormula，andthepaperanalyseandcomparethem。
Onthatbasis,thepaperdiscusstheapplicationofTaylor’sFormulainsomerespects，suchasInequalityproof,functionallimit，approximatevalue，determinantvalue,convexity—concavityoffunction，thedecisionofinflectionpoint，divergenceoftheseries。
ThepaperexplorethederivationofTaylor'sFormulaofthefunctionofmanyvariablesan ditsapplication。
Keywords：Taylor'sFormula；inequality;application目录1泰勒公式。
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.11。
1泰勒定理的证明过程。
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12余项估计。
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1泰勒中值定理。
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.22。
2拉格朗日余项..。
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32。
3柯西余项...。
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62.4积分余项。
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.7 3泰勒公式的应用。
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..9 3。
1利用泰勒公式证明不等式。
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93。
1.1泰勒公式在含有定积分的不等式中的应用。
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.9 3.1.2泰勒公式在含有导函数的不等式中的应用。
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10 3.2利用泰勒公式求函数值与函数极限.。
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..11 3。
3利用泰勒公式讨论函数的凹凸性,判别拐点.。
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.123.4判断级数的敛散性。
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1 4 3.5利用泰勒公式求行列式的值..。
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.15 4多元函数的泰勒公式.。
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.16 4。
1二元函数泰勒公式的证明.。
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.17 4.2二元函数泰勒公式的应用。
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18 结束语。
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19 参考文献.。
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19 致谢...。
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20泰勒公式是数学分析的一个重要内容，它将一些复杂的函数近似地表示为简单的多项式函数，分析比较它的各种证明方法和归纳其各种应用是本文的主要内容.关于泰勒公式的证明主要是讨论泰勒余项。
1泰勒定理若函数()x f 在0x 处存在n 阶导数，则()0x U x ∈∀，有()()()[]nn x x x T x f 0-+=ο()1其中()()()()()()()()()n n n x x n x f x x x f x x x f x f x T 00200000!!2-++-''+-'+= ， ()()[]nn x x x R 0-=ο()0x x →，即()x R n 是比()nx x 0-的高阶无穷小。
()1式称为()x f 在0x（展开）的泰勒公式。
1.1泰勒定理的证明过程由高阶无穷小的定义知，若要证明()[]nn x x x R 0-=⎪⎭⎫ ⎝⎛ο，只需要证明 ()()()()()0limlim000=-T -=-→→nn x x nn x x x x x x f x x x R因为这是0的待定型,可以应用1-n 次的洛必达法则来证明.()()()=T -=x x f x R n n()()()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-''+-'+-n n x x n x f x x x f x x x f x f x f 00200000!!2!1 ()()()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++-''+'-'='-100000!1!1n n nx x n x f x x x f x f x f x R ()()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++-'''+''-''=''-⎪⎭⎫ ⎝⎛200000!2!1n n n x x n x f x x x f x f x f x R ()()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-=---⎪⎭⎫⎝⎛-0010111!1x x x f x f x f x R n n n n n因为当0x x →时,()x R n ,⎪⎭⎫ ⎝⎛'x R n , ，()()x R n n 1-以及()k x x 0-（+N ∈k ）都是无穷小,所以由洛必达法则，有()()()()=--''=-'=--⎪⎭⎫ ⎝⎛→-⎪⎭⎫ ⎝⎛→⎪⎭⎫ ⎝⎛→201001limlimlimn nx x n nx x nx x x x n n x R x x n x R x x x R n ()()()01!lim 0x x n x Rn nx x -=-→， 将()()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-=---⎪⎭⎫⎝⎛-0010111!1x x x f x f x f x R n n n n n带入上式得()()()()()()()()()()()()[]0!1!1lim lim000011000=-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=---→→x f x f n x f x x x f x f n x x x R n n n n n x x nn x x ， 因此，可以得到()[]nn x x x R 0-=⎪⎭⎫ ⎝⎛ο。
2余项估计泰勒定理中给出的余项()[]nn x x x R 0-=⎪⎭⎫ ⎝⎛ο称为佩亚诺余项.佩亚诺余项()[]nx x 0-ο只是给出来余项的定性描述,它不能估算余项⎪⎭⎫ ⎝⎛x R n 的数值。
还需要进一步的进行定量描述.2。
1泰勒中值定理泰勒中值定理［1]若函数()x f 在()0x U 内存在1+n 阶导数，()0x U x∈∀,函数()t G 在以x 与0x 为端点的闭区间I 连续，在其开区间可导,且()0≠'t G ，则x 与0x 之间至少存在一点ξ，使()()()()()() +-''+-'+=200000!2x x x f x x x f x f x f()()()()()()()()()[]ξξξG x G x x G n f x x n x f n n nn --'+-++0100!! 其中()()()()()()()[]ξξξG x G x x G n f x R n n n --'=+01!。
证明()x f 的泰勒多项式()()()()()()()()()n n n x x n x f x x x f x x x f x f x 00200000!!2-++-''+-'+=T 。
我们记()()()()()()()()()n n t x n t f t x t f t x t f t f t F -++-''+-'+=!!22,则 ()()()()()()()()() +-'''+-''--''+'-'='2!2t x t f t x t f t x t f t f t f t F()()()()()()()()()()n n nn n n t x n t f t x n t f t x n t f -=-+---++-!!!1111。
可以看出函数()t F 与()t G 在闭区间I 连续，在其开区间可导，()0≠'t G , 且可以看出()()x f x F =.应用柯西中值定理有:x 与0x 之间至少存在一点ξ，使()()()()()() +-''+-'+=200000!2x x x f x x x f x f x f()()()()()()()()()[]ξξξG x G x x G n f x x n x fn n nn --'+-++0100!!， 其中()()()()()()()[]ξξξG x G x x G n f x R n n n --'=+01!. 2.2拉格朗日余项若函数f 在()0x U 内为存在1+n 阶的连续导数，则()0x U x∈∀有()()()()()()()()()()x R x x n x f x x x f x x x f x f x f n n n +-++-''+-'+=00200000!!2 ()2()()()()()101!1++-+=n n n x x n f x R ξ称为拉格朗日余项，其中ξ在x 与0x 之间,称()2式为()x f 在0x 的带拉格朗日余项的泰勒公式。