泰勒公式与极值问题.37页PPT
第三节泰勒公式-PPT精选文档
从几何上来讲,就是在 x0 点的附近可以用曲线在该 点处的切线来拟合曲线。--------以直代曲 不足: 1、精确度不高;2、误差不能估计。
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因此 对于精确度要求较高且需要估计误差时候 就必须用高次多项式来近似表达函数 同时给出 误差公式。 问:若f (x)在 x0 处二阶可导, 会不会有一个二次多项式来近似表示? 若f (x)在 x0 处 n 阶可导, 结果又会如何?
π
π
x
O
-1
p2(x)
. p8( x)比 p2(在更大的范围内更接近余弦函数 x)
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lim f( x )f( x ) (1) 若 f (x )在 x 连续 , 则有 x 0 0 x
0
由极限和无穷小量间的关系
f ( x ) f ( x ) 0
f( x )f( x ) 用常数代替函 0
第三章
第三节 泰勒公式
一、问题的提出 二、泰勒公式
三、麦克劳林公式
四、泰勒公式的应用
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一、问题的提出
1、关于多项式
2 n 1 n ( x ) a a x a x a x a x 多项式 P 是最 n 01 2 n 1 n
简单的一类初等函数. 由于它本身的运算仅是 有限项加减法和乘法,所以在数值计算方面, 多项式是人们乐于使用的工具. 因此我们经常用多项式来近似表达函数
O
x
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八次逼近
2 8 p ( x ) a a x a x a x 八次多项式 8 逼近 0 1 2 8 y1 p y=1 1( x) f ( x ) cos x p (x) p ( 0 ) f ( 0 ) 令: ,求出a0 1 8
多元函数的Taylor公式与极值问题课件
实际应用中的考虑因素
实际问题的背景
在应用极值理论时,需要考虑实际问题的背景和限制条件,如物 理定律、约束条件等。
数据的不确定性
在实际问题中,数据往往存在不确定性,需要考虑这些不确定性 对极值分析的影响。
模型的适用性
在应用极值理论时,需要考虑模型的适用性,确保模型能够准确 地反映实际情况。
07
与望
05
利用Taylor公式求解极
方法概述
定义
Taylor公式是用于近似表达一 个多元函数在某点附近的行 为
的公式。
形式
Taylor公式的一般形式为 f(x)≈f(a)+f'(a)(x−a)+12f''(a) (x−a)2+…+1n!f(n)(a)(x−a)n
+…。
应用
利用Taylor公式,我们可以找 到函数在某点的极值。
06
极求解的注事与 技巧
常见错误分析
忽视函数的定义域
在求解极值问题时,必须先确定函数的定义域,否 则可能导致错误的结论。
对导数的理解不足
导数描述了函数在某一点的切线斜率,若对导数的 理解不准确,可能导致错误的极值点判断。
未考虑多极值点的情况
在某些情况下,函数可能有多个极值点,需要全面 考虑,避免遗漏。
定义
一元函数在某点的Taylor公式是 该函数在该点附近的一个多项式 近似表示。
形式
一元函数的Taylor公式的一般形 式为 f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + f''(a)(x-a)^2/2! + ... + f^(n)(a)(x -a)^n/n! + Rn(x)
§4泰勒公式与极值问题
这两个累次极限相等. 下述定理给出了使 (1) 与 (2)
相等的一个充分条件.
定理 17.7 若 f x y ( x, y) 与 f y x ( x, y) 都在点 ( x0, y0 ) 连续,则
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一切 (0 1), 恒有 P( x1 ( x2 x1), y1 ( y2 y1) ) D.
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D
•
P1 •
•
P2
P D
凸
图 17 - 6
• P2 P D
•
D
P1•
非凸
定理17.8 ( 中值定理 ) 设 f ( x, y) 在凸区域 D R2 上连续, 在 D 的所有内点都可微, 则对 D 内任意两 点 P(a,b), Q(a h,b k) int D , (0 1),使得
y s
z y
s
y s
2z x 2z y x z 2x
x2
s
x
y
s
s
x
s2
2z yx
x s
2z y2
y s
y s
z y
2y s2
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2z x 2
2z x y
x2
s
2
xy s s
2z y2
y s
2
z x
2x s2
1 y2
2 f v2
,
2z xy
y
f u
1 y
f v
2 f u 2 f v 1 f
u2
y
uv
y
y2
v
1 y
《泰勒公式》PPT课件
Rn ( x)
M (n 1) !
x x0
n1
二、泰勒定理
f (x)
f (x0 )
f ( x0 )( x
x0)
f ( x0 ) ( x 2!
x0 )2
Hale Waihona Puke f (n)( x0 ) ( x n!
x0 )n
Rn ( x)
其中
Rn ( x)
f (n1) ( )
( (n 1) !
x
x0
)n1
(
)
(n 1)! (n 1)!
在x与x0之间
二、泰勒定理
若 f (x)在包含 x0的某开区间 (a,b) 内具有
直 到 n 1 阶的导数 , 则当 x (a , b) 时, 有
f (x)
f (x0)
f ( x0 )( x
x0)
f ( x0 ) ( x 2!
x0 )2
f (n)( x0 ) ( x n!
如何确定Pn ( x)?——确定系数a0 , a1 , , an
f (k ) ( x0 ) Pn(k ) ( x0 ) (k 0,1, 2, , n)
设
函
数
f
(
x
)在
含
有
x
的
0
开
区
间(
a
,
b
)内
具
有
1至
(
n
1)阶
导
数
f ( x0 ) Pn ( x0 ) a0
f ( x0 ) Pn ( x0 ) a1
x0 )n
Rn ( x)
①
其中
Rn ( x)
f (n1) ( )
泰勒公式ppt课件精选全文完整版
sin x
x
x3 3!
x5 5!
(1)m1 x2m1 (2m 1)
!
R2m
(
x)
其中 R2m (x)
s(in1()mxcos2(m2x1) ) x2m1 (0 1)
(2m 1) !
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18
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类似地,可得
cos x
1 x2 2!
x4 4!
f (k)( x0 )
n!an f (n) ( x0 ). (k 0,1,2,, n)
代入 Pn ( x)中得
Pn ( x)
f ( x0 )
f ( x0 )( x x0 )
f
( x0 2!
)
(
x
x0
)2f(n)( x n!)(x
x0
)n
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10
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三、泰勒(Taylor)中值定理
泰勒(Taylor)中值定理 如果函数 f ( x) 在含有 x0 的某个开区间(a, b) 内具有直到(n 1) 阶的导数,则
当 x在(a,b)内时, f ( x)可以表示为( x x0 )的一个 n次多项式与一个余项Rn ( x)之和:
f (x)
f ( x0 )
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例1:求函数 f (x) ex 的n阶麦克劳林展开式.
解:因为 f'x f''x fn x e x ,
所以 f0 f'0 f''0 fn 0 1 .
故
ex
1 x x2
--泰勒公式与极值问题页课件 (一)
--泰勒公式与极值问题页课件 (一)泰勒公式与极值问题是高等数学中的重要内容,它们分别是函数求导和函数逼近的重要工具。
在数学的各个领域中都有广泛的应用,本文将从以下几个方面进行探讨。
一、泰勒公式泰勒公式是将一个函数表示为无穷阶可导的多项式,从而用一系列简单的函数来逼近原函数,而泰勒公式的基本形式为:$$ f(x)=f(a)+f\prime(a)(x-a)+\frac{1}{2!}f^{\prime\prime}(a)(x-a)^2+\cdots+\frac{1}{n!}f^{(n)}(a)(x-a)^n+R_n(x) $$其中$R_n(x)$是余项,表示当x在[a,x]之间时,函数f(x)与其在a点处的$n$阶泰勒多项式之差,可以用拉格朗日余项公式来计算。
使用泰勒公式可以方便地求解函数的导数、高阶导数,也可以用于解决一些复杂的极限问题,因此其在数学和科学中的应用非常广泛。
二、极值问题极值问题是函数研究中的重要方向之一,其主要研究对象是函数的最大值和最小值,通过研究函数的极点、导数等性质来确定其极值。
在求解一元函数的极值问题时,我们需要通过求导的方法来获得该函数的导函数,然后通过求导函数的零点来确定原函数的极值点。
而对于多元函数的极值问题,我们需要通过偏导数的方法来求解,求得函数在某一点的偏导数为0时,则该点为该函数的驻点,通过进一步研究可确定该点的极值。
在实际生活中,极值问题也有着广泛的应用,比如在工程中的优化设计问题中,可以通过求解函数的极值来确定最优解,提高工程的效率和经济效益。
三、泰勒公式与极值问题的应用泰勒公式和极值问题在工程、物理、生物、经济等领域都有着广泛的应用。
比如在金融领域中,我们需要通过泰勒公式来进行股票的预测分析,同时可以通过极值问题来寻找最优的投资方案。
在物理学中,我们需要通过泰勒公式来求解物质运动的轨迹,而极值问题则可以用于求解一些多维度的物理模型,深入研究物理运动的规律。
泰勒公式与极值问题
f 22 x y
二、中值定理和泰勒公式
凸区域:若区域 D 上任意两点的连线都含于 D 内,则称 D 为凸区域. 若 D 为区域,则对任何 P1 ( x1 , y1 ), P2 ( x2 , y2 ) D 0 1 恒有 P( x1 , ( x2 x1 ), y1 ( y2 y1 )) D
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r2
注意:多元抽象复合函数的高阶导数在偏微分
方程变形与验证解的问题中经常遇到, 下列几个例题有助于掌握这方面问题的求导技巧 与常用导数符号.
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x z z 例3 设z f ( x , ),求 2 , . y x xy x 解 设 u x , v , 于是 z f (u, v ), y
x x 1 2 f12 3 f 22 2 f 2 y y y
f11 0 f12 1 1 f2 2 ( f 0 f x ) 21 22 y 2 y y
x 2 y
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x u x, v y
例 设 2 w . 求 xz 解:
高阶偏导数 中值定理和泰勒公式
极值问题
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一、高阶偏导数
设 z = f (x , y)在域 D 内存在连续的偏导数
若这两个偏导函数仍存在偏导数, 四个二阶偏导数:
z f x ( x, y) , x
z f y ( x, y) y
则称它们是
z = f ( x , y )的二阶偏导数 . 按求导顺序不同, 有下列
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高中数学(人教版)泰勒公式课件PPT课件演示文稿
第22页,共27页。
例1 计算无理数 的近似值,使其误差不超过
例2 在区间
上用近似公式
计算Байду номын сангаас
当用下列各式计算时,欲使误差小于0.001,
A可取多大? (1)
y
x
x3 3!
4 yx
2
y
x
x3 3!
x5 5!
(2)
6 4 2 024 6
(3)
2
4
第23页,共27页。
三、泰勒公式的应用
(一) 近似计算
(二) 求极限 (三) 其它应用
x0 )n2
用 洛 必 达
Rn( x0 ) 0
lim
R(n1) n
(
x)
xx0 n!( x x0 )
法
则
R(n1) n
(
x0
)
0
1 lim
n! x x0
R(n1) n
(
x)
R(n1) n
(
x0
)
x x0
1 n!
R(n) n
(
x0
)
0
第7页,共27页。
➢ 泰勒(Taylor)中值定理1
如果函数
(1在x0与x 之间)
用 柯
Rn (1 ) Rn ( x0 ) (n 1)(1 x0 )n 0
(n
Rn(2 ) 1)n(2
x0
)n1
西 中 值
( 2在x0与1之间)
定 理
R(n) n
(n
)
Rn( n )
(
x0
)
(n 1)2(n x0 ) 0
R(n1) n
(
)
(n 1) !
高等数学3(6)泰勒公式课件
)
(
x
x00
)n
f (n1) ( )
(n 1)!
(
x
x00
)n1
n阶泰勒公式 (在x0与x之间).
(5)在泰勒公式中, 若x0 0, 则介于0, x之间,故
可表为 x (0 1),这时的泰勒公式,即
按x的幂(在零点)展开的泰勒公式称为: 麦克劳林(Maclaurin,C.(英)1698-1746)公式
f (n1) ( )
(n 1)!
得
Rn ( x)
(x)
Rn(n) (n ) (n) (n )
R(n) n
(
n
(n) (n
) )
R(n) n
(
x0
)
(n)( x0 )
R(n1) n
(
)
(n1) ( )
(在x0与 n之间也在x0与x之间)
注意到
R ( n 1) n
(
x)
f
(n1) (x), (n1) (x) (n 1)!
注意:
Pn(k )( x0 ) f (k )( x0 )
11
泰勒公式
下面给出带皮亚诺(Peano)余项的泰勒公式. 定理1 (带皮亚诺(Peano)余项的泰勒公式) 设
1函数f (x)在x0点的某个邻域O x0 内有定义;
2 在此邻域内f (x)有直到n 1阶导数;
3 f n (x0)存在. 称为f ( x)按( x x0 )的幂展开的
应用
理论分析 近似计算
特点(1)易计算函数值;
(2)导数与积分仍为多项式;
(3)多项式由它的系数完全确定, 而其系数
又由它在一点的函数值及导数值确定.
用怎样的多项式去逼近给定的函数
§17.4泰勒公式与极值问题
目 录
• 泰勒公式的定义与性质 • 泰勒公式在极值问题中的应用 • 泰勒公式的扩展与推广 • 极值问题的实际应用 • 极值问题的求解方法总结
01
泰勒公式的定义与性质
泰勒公式的定义
泰勒公式
一个在数学分析中常用的工具,用于将一个函数展开成无穷级数。具体来说,对于 一个在某点处具有n阶导数的函数f(x),泰勒公式可以在该点的某个邻域内将f(x)表示 为f(0)与该点处的前n阶导数和x的幂次的乘积之和。
弦截法
通过不断调整弦的长度和角度,逼近极值点,最 终得到极值点的近似值。
符号求解方法
符号计算
利用符号计算软件(如 Mathematica、Maple等),对 函数进行符号化处理,直接得到 极值点的精确解。
泰勒展开
利用泰勒公式将函数展开成多项 式形式,通过比较各项系数,确 定极值点的位置和大小。
THANKS FOR WATCHING
泰勒公式的复数形式
复数泰勒公式
将实数域上的泰勒公式扩展到复数域,利用复数的共轭和乘法运算规则,对复 数函数进行泰勒展开。
复数泰勒公式的应用
在复变函数、量子力学、信号处理等领域有重要应用,为研究复数函数的性质 和行为提供了理论基础。
泰勒公式的近似计算方法
பைடு நூலகம்截断误差
在泰勒展开中,由于高阶项的省 略,会产生截断误差,影响近似
供需平衡
在经济学中,供需关系是决定市场价格的重要因素。通过极 值分析,可以确定在一定价格水平下,需求和供给的最大或 最小值,从而预测市场价格的走势。
工程学中的极值问题
结构设计
在工程学中,结构设计需要考虑各种 载荷和应力分布。极值分析可以用来 确定结构在不同载荷下的最大和最小 应力,以确保结构的安全性和稳定性。
第七节泰勒公式课件
02
泰勒公式的推导过程
泰勒公式的多项式逼近
泰勒公式通过将复杂的函数展 开为多项式,以逼近原函数。
多项式的每一项系数由函数在 某点的导数值确定,从而反映 了函数在该点的局部性质。
通过选取不同的基点,可以得 到不同形式的泰勒多项式逼近 。
泰勒公式的余项表示
泰勒公式的余项用于描述多项式 逼近与原函数之间的误差。
余项有多种形式,常见的有余项 、拉格朗日余项和柯西余项等。
余项的阶数决定了多项式逼近的 精度,阶数越高,逼近效果越好
,但同时计算也越复杂。
泰勒公式的收敛性分析
泰勒公式的收敛性是指当多项式的项数趋于无穷时,多项式逼近的结果是否趋近于 原函数。
收敛性的分析涉及到函数的可导性、收敛域和余项的性质等因素。
物理建模
在物理建模中,泰勒公式 用于描述物理现象的数学 模型,如振动、波动等。
泰勒公式的历史背景
起源
泰勒公式最早由英国数学 家布鲁克·泰勒在18世纪提 出。
发展
随着数学的发展,泰勒公 式的应用范围不断扩大, 成为数学分析和物理研究 中的重要工具。
应用
泰勒公式的应用不仅限于 数学和物理领域,还扩展 到了经济学、工程学等其 他领域。
第七节泰勒公式课件
目录
• 泰勒公式简介 • 泰勒公式的推导过程 • 泰勒公式的应用举例 • 泰勒公式的扩展与推广 • 泰勒公式的注意事项与限制条件
01
泰勒公式简介
泰勒公式的定义
01
泰勒公式定义
泰勒公式是一个用无穷级数表示函数的方法,它将一个函数展开成无穷
项的加和,每一项都是函数在某一点的导数与该点的x值的乘积。
对于一些需要高精度计算的情况,如科学计算、工程计算等 ,需要选择高阶的泰勒多项式。
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