如何理解泰勒公式式及泰勒中值定理,大家怎么理解的

泰勒公式中有一个(X-X0)是什么意思?为什么是要用多项式表示?而不用的形式?
f(x)=f(x0)+f'(x0)*(x-x0)+f''(x0)/2!*(x-x0)^2+...+f(n)(x0)/n!*(x-x0)^n (泰勒公式,最后一项中n表示n阶导数)
f(x)=f(0)+f'(0)*x+f''(x)/2!*x^2+...+f(n)(0)/n!*x^n (麦克劳林公式公式,最后一项中n表示n阶导数)
泰勒中值定理:若相关信息f(x)在开区间(a,b)有直到n+1阶的导数,则当函数在此区间内时,可以展开为一个关于(x-x.)多项式和一个余项的和:
f(x)=f(x.)+f'(x.)(x-x.)+f''(x.)/2!•(x-x.)^2,+f'''(x.)/3!•(x-x.)^3+……+f(n)(x.)/n!•(x-x.)^n+Rn
其中Rn=f(n+1)(ξ)/(n+1)!•(x-x.)^(n+1),这里ξ在x和x.之间,该余项称为拉格朗日型的余项。
(注:f(n)(x.)是f(x.)的n阶导数,不是f(n)与x.的相乘...
f(x)=f(x0)+f'(x0)*(x-x0)+f''(x0)/2!*(x-x0)^2+...+f(n)(x0)/n!*(x-x0)^n (泰勒公式,最后一项中n表示n阶导数)
f(x)=f(0)+f'(0)*x+f''(x)/2!*x^2+...+f(n)(0)/n!*x^n (麦克劳林公式公式,最后一项中n表示n阶导数)
泰勒中值定理:若相关信息f(x)在开区间(a,b)有直到n+1阶的导数,则当函数在此区间内时,可以展开为一个关于(x-x.)多项式和一个余项的和:
f(x)=f(x.)+f'(x.)(x-x.)+f''(x.)/2!•(x-x.)^2,+f'''(x.)/3!•(x-x.)^3+……+f(n)(x.)/n!•(x-x.)^n+Rn
其中Rn=f(n+1)(ξ)/(n+1)!•(x-x.)^(n+1),这里ξ在x和x.之间,该余项称为拉格朗日型的余项。
(注:f(n)(x.)是f(x.)的n阶导数,不是f(n)与x.的相乘。)
证明:我们知道f(x)=f(x.)+f'(x.)(x-x.)+α(根据拉格朗日中值定理导出的有限增量定理有limΔx→0 f(x.+Δx)-f(x.)=f'(x.)Δx),其中误差α是在limΔx→0 即limx→x.的前提下才趋向于0,所以在近似计算中往往不够精确;于是我们需要一个能够足够精确的且能估计出误差的多项式:
P(x)=A0+A1(x-x.)+A2(x-x.)^2+……+An(x-x.)^n
来近似地表示函数f(x)且要写出其误差f(x)-P(x)的具体表达式。设函数P(x)满足P(x.)=f(x.),P'(x.)=f' (x.),P''(x.)=f''(x.),……,P(n)(x.)=f(n)(x.),于是可以依次求出A0、A1、A2、……、An。显然,P (x.)=A0,所以A0=f(x.);P'(x.)=A1,A1=f'(x.);P''(x.)=2!A2,A2=f''(x.)/2!……P(n) (x.)=n!An,An=f(n)(x.)/n!。至此,多项的各项系数都已求出,得:P(x)=f(x.)+f'(x.)(x-x.)+f'' (x.)/2!•(x-x.)^2+……+f(n)(x.)/n!•(x-x.)^n.
接下来就要求误差的具体表达式了。设Rn(x)=f(x)-P(x),于是有Rn(x.)=f(x.)-P(x.)=0。所以可以得出Rn (x.)=Rn'(x.)=Rn''(x.)=……=Rn(n)(x.)=0。根据柯西中值定理可得Rn(x)/(x-x.)^(n+1)=Rn(x)- Rn(x.)/(x-x.)^(n+1)-0=Rn'(ξ1)/(n+1)(ξ1-x.)^n(注:(x.-x.)^(n+1)=0),这里ξ1在x和 x.之间;继续使用柯西中值定理得Rn'(ξ1)-Rn'(x.)/(n+1)(ξ1-x.)^n-0=Rn''(ξ2)/n(n+1)(ξ2-x.)^ (n-1)这里ξ2在ξ1与x.之间;连续使用n+1次后得出Rn(x)/(x-x.)^(n+1)=Rn(n+1)(ξ)/(n+1)!,这里ξ在x. 和x之间。但Rn(n+1)(x)=f(n+1)(x)-P(n+1)(x),由于P(n)(x)=n!An,n!An是一个常数,故P(n+1)(x) =0,于是得Rn(n+1)(x)=f(n+1)(x)。综上可得,余项Rn(x)=f(n+1)(ξ)/(n+1)!•(x-x.)^(n+1)。一般来说展开函数时都是为了计算的需要,故x往往要取一个定值,此时也可把Rn(x)写为Rn。
其他答案(共1个回答)
,相当有效!
一阶一阶逼呀!我看过的最神奇的证明见于Walter Rudin 《Principle of Mathematical Analysis》第三版110至111页,...
数学中的等式有两种不同的含义,一种是恒等式,即对一切使f(x)有定义的x,
都使f(x)=0成立,有时为了强调这是恒等式,也把这种等式记作f(x)≡0;另一种...
f(x)=(x^2-3x+1)^3,f(0)=1
f'(x)=3(x^2-3x+1)^2*(2x-3),f'(0)=-9
f''(x)=6(x^2-3x+1...
f(x)=f(x0)+f'(x0)*(x-x0)+f''(x0)/2!*(x-x0)^2+...+f(n)(x0)/n!*(x-x0)^n (泰勒公式,最后一项...
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这个不是我熟悉的地区高等数学中的泰勒公式怎么理解
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4、学习笔记(244)
8、其他文章(282)
泰勒系列公式在计算中占有很重要的位置,比如计算近似值,极限等。泰勒公式在实际应用中需要特别注意的是一定要使得收敛到某个数,用得最多的是使其展开式高阶部分加速趋于零,如果在展开后高阶不能趋于零(定值),则展开往往没有意义,因为泰勒展开的目的是可以利用高阶无穷小来达到舍弃一些项,从而简化计算。这里我们可以分析一下上式:1)(n+1)!,一般我们在舍弃时,n都不可能取很大,因此这一项一般情况下只能作为常数考虑,不能作为舍弃的依据;(x-x0),这一项随着n的增大,如果|x-x0|&1,则不容易能被舍弃,如果|x-x0|/(n+1)!,不能趋于0,则基本不能作为舍弃项,因此一般情况下,我们需要使得|x-x0|小于1,这样,在n比较小的时候,就可以使得整个式子可以被舍弃;当然,也要考虑到n+1阶导数项值,但由于我们在应用中多半为了便于计算导数,选取的值都比较特殊,比如0,或者1之类的,也不适合作为高阶无穷小的部分。综合上述,我们在对函数进行泰勒展开时,一般情况下,应尽量确保|x-x0|&1,举个简单的例子,在计算30的立方根时,如果选择函数f(x)=x^1/3,就达不到预期目的,而选取f(x)=3(1+x)^1/3,则就比较容易达到目的.因此在实际应用中,可以通过简单的变量替换,使得展开式的余项尽可能小。后记:利用泰勒中值定理或者叫泰勒公式进行函数展开的一个好处,其实是将一些难于计算的函数式,比如幂函数(a^x),对数,三角函数或者方根等复杂的函数式,转化为自变量的整数幂次计算,虽然n阶导数有可能还是复杂函数,但通过取特殊的x0,比如0,1(最常用的,还有-1,e等,这种x0为数不多),n阶导数在x0 处的值很容易获得,从而就达到了这个转换的目的;当然,我前面提醒过,转换时一定要让x-x0的绝对值小于或等于1,否则转换虽然没问题,但不一定能达到目的。比如x趋于无穷大,则可以取y=1/x(注意定义域),等价于y趋于0,如果x-x0大于1,则可以先提一个常数因子等。当然,在利用泰勒公式求极限的时候,还可以利用等价数列来简化计算。后记2:这里的x-x0项小于1,并不是绝对的,如果余项整体可以很容易判断趋于0或者某个常数,当然最好。如果不能的时候就需要利用上面所说的进行简单的变换处理。
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