泰勒公式及其应用
数学学院数学与应用数学专业 2009级立
指导教师吴春
摘要:泰勒公式以一种逼近的思想成为数学分析中的一个重要知识，在分析和研究数学问题中有着重要的作用。本文研究了利用泰勒公式证明微分中值定理，求函数的极限，进行近似计算，求函数的高阶导数和偏导数等方面的应用，恰当的运用泰勒公式能够给我们的解题带来极大的方便。
关键词：泰勒公式；微分中值定理；极限；高阶导数；偏导数
Abstract: Taylor formula is an important knowledge of mathematics analysis in an approximation of the thought, and it plays an important role in the analysis and study of mathematical problems. This paper studies the application of the Taylor formula in proving differential mean value theorem, the limit of function, approximate calculation, the application of high order derivative for function and partial derivative, and using Taylor formula appropriate can bring great convenience to our problem.
Keywords: Taylor formula; approximate calculation; limit; higher derivative; partial derivative
引言
泰勒公式最早是以泰勒级数的形式出现在泰勒1715年出版的著作《增量及其逆》中，但在该书中却没有给出具体的证明，直到19世纪由柯西给出了现在的形式及其严格的证明。泰勒公式是一种逼近的思想，集中体现了逼近法的精髓，
可以将有理分式函数﹑无理函数和初等超越函数等复杂函数用简单的多项式函数来近似代替，而误差又能满足要求。这种化复杂为简单的功能，使其成为分析和研究数学其他问题的有力工具。也对函数性态的研究和函数值的近似计算带来了极大的方便。本文主要是通过给出实际例子体现其应用，并对这些方法做了归纳和总结。
1 泰勒公式及其证明
1.1 带佩亚诺余项的泰勒公式
若)(x f 在0x x =点有直到n 阶连续导数，那么就有：
"'
200000()
()()()()()2!
f x f x f x f x x x x x =+-+-+
()()00()()!
n n n f x x x R x n ???+-+ (1.1)
其中()()()
n
n x x o x R 0-=是余项，这就是()x f 在0x x =点的带佩亚诺余项的泰勒公
式[1]。 说明：
①此公式对函数()x f 的展开要求较低，只要求其在0x x =点处n 阶可导即可，展开的形式也比较简单。
②这种泰勒公式的实质是局部增量公式的升华，即可以把此函数局部地用线性函数代替改为用多项式代替，当0x x =时用多项式代替这个函数所产生的误差
()n x x 0-是一个无穷小量。
③它难以说明误差围，因此不适合对余项作定量估算，只能是一个定性估目的。
④特别地当00=x 时，有：
"()'
2(0)(0)()(0)(0)()2!!
n n
n f f f x f f x x x R x n =+++???++ (1.2)
这种佩亚诺项的泰勒公式也被称为麦克劳林公式。 1.2 带拉格朗日余项的泰勒公式
若函数()x f 在[]b a x ,∈上有直到n 阶连续导数，并且()()x f n 1+在区间()b a ,存在，那么就有：
()()()()"2
0'
0000()()2!
f x f x f x f x x x x x =+-+-+
()()()()00!
n n
n f x x x R x n ???+-+ (1.3)
其中()()()()()101!1++-+=
n n n x x n f x R ε被称为余项，此时ε介于x 与0x 之间，这就是函数()x f 在0x x =点的带拉格朗日余项的泰勒公式[2]。
说明：
①它对函数()x f 的展开要求较高，因为它要求对任意的[]b a x ,∈都要成立，其形式也相对复杂。
②这种泰勒公式的实质是对拉格朗日微分中值定理的升华，它是一个定量估计值。
③运用这种泰勒公式逼近()x f 时，可以确定其大致的误差围，但其误差是由()x f 的()1+n 阶导数决定的，若a 越接近于b ，即区间[]b a ,越小，那么误差就会越小，这种泰勒公式适合处理()x f 在区间上的问题，特别是在不等式的证明中应用起来比较方便。 1.3 简单的证明
我们知道000()()()()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：
0000
lim ()()()x f x x f x f x x ?→'+?-=?，
其中误差α是在()0x ?→即()0x 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：
2010200()()()()n n P x A A x x A x x A x x =+-+-++-
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：
00()(),P x f x =00()(),P x f x ''=00()(),
P x f x ''''=,()()00()().n n P x f x =
于是可以依次求出012,,,,.n A A A A
显然，00()P x A =，所以00()A P x =;
0110(),()P x A A P x ''==
0022()
()2!,2!
P x P x A A ''''==
()
()00()
()!,.!
n n n n P x P x n A A n ==
至此，多项的各项系数都已求出，得：
()20000000()
()()()()()()().2!
!
n n f x f x P x f x f x x x x x x x n '''=+-+-+
+-
接下来就要求误差的具体表达式了。
设()()()n R x f x P x =-，于是有：
000()()()0n R x f x P x =-=.
所以可以得出：()000()()()0.n n n n R x R x R x ''==
==
根据柯西中值定理可得：
()0111
0100()()()()()(1)()
()0n n n n n n n R x R x R x R x x n x x x ξξ++'-==-+---（其中：1
0()0n x x +-≈）， 这里1ξ在x 和0x 之间； 继续使用柯西中值定理得：
()()
()()
()
()()()
1021
1
201
110
n n n n n R R x R n n x n x ξξξξ-+''''-=
+-+--，
这里2ξ在1ξ与0x 之间； 连续使用1n +次后得出：
()
()
()()()11
01!
n n n n R x R n x x ξ++=+-， 这里ξ在0x 和x 之间。
但()()()()()()111n n n n R x f x P x +++=-，由于()()11(1)!n n P x n A ++=+，1(1)!n n A ++是一个常数，
故()()10n P x +=，于是得()()()()11n n n R x f x ++=。
综上可得，余项()()1
1
0()
(1)!()n n n f R x n x x ξ++=+-。
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()n R x 写为n R 。
2 泰勒公式的应用
2.1 利用泰勒公式进行近似计算和误差估计
根据泰勒展开式的余项可以把握函数用泰勒公式近似的程度，但需要估计误差的围，关键就在于对()()ε1+n f 值的估计。
如果存在0>M ，有()()M f n ≤+ε1，[]ηη+-∈00,x x x ，那么我们就可以估计
1
0()(1)!
n n M R x x x n +≤
-+，[]ηη+-∈00,x x x ，从而当我们期望近似值的误差不超
过ε时，只需在不等式
1
0(1)!
n M x x n ε+-<+中解出n 是多少就可以知道运用泰勒公
式应计算多少项即可，由此我们就可以近似地计算出某些复杂数的具体值。
例1 求2
1
x e dx -?的近似值，精确到510-。
解 由于该被积函数的原函数不是初等函数，所以无法用牛顿-莱布尼茨公式来计算，因此我们要用泰勒公式来计算它的近似值。
因为2
4
221(1)2!
!
n
x n
x x e
x n -=-+-
+-+
将两边逐项积分，有
2
1
x e
dx -?=4
211
1
1
2
12!
!
n
x x dx x dx dx dx n -+-++???
?
=111111(1)32!5!21n n n -+?-+-?++
=11111111310422161329936075600
-+-+-+-+
又因为
51
1.31075600-≈?
所以21011111110.7468363104221613299360x e dx -=-+-+-+≈?。
总结：通过以上我们可以知道：只要给出一个数，知道它的误差围，我们就可以利用泰勒公式较为简单的求出它的近似值。
例2 计算e 的值，当9n =时，误差不超过多少？ 解 在x e 的麦克劳林展开式中，令1x =可得：
1
111,2!
!(1)!
e e n n ξ=+++
+++ （01ξ<<） 当9n =时，有：933(1)0.00000110!3628800R =
=< 也就是说111
11+ 2.718281,2!3!9!
e =++++=
其误差不超过610-。
总结：利用泰勒公式我们可以轻易地判断出一个函数公式的误差围。 2.2 利用泰勒公式证明中值问题
如果要证明的结论是至少存在一点(),c a b ∈，使得关于
a ,
b ,()f a ,()f b ,(),(),(),
,()n c f c f c f c '代数式的证明。然后验证辅助函数满足
罗尔定理条件，由定理的结论即得命题的证明。
例2 设()f x 在[],a b 上三次可导，试证明：(),c a b ?∈，使得：
31()()()()()224a b f b f a f b a f c b a +??
''''=+-+- ?
??
(2.1) 证明 设k 为使得下式成立的实数：
3
1()()()()0224a b f b f a f b a k b a +??'-----= ?
??
(2.2) 此时，问题可变为证明：(),c a b ?∈，使得()k f c '''=。
设
3
1()()()()()0224a x g x f x f a f x a k x a +??'=-----= ?
??
(2.3) 则()()0g x g b -=。
根据罗尔定理，(),a b ξ?∈，使得()0g ξ'=。 由(2.3)式，即：
2()()()02
2
2
8a a a k
f f f a ξ
ξξξξ++-????''''=---=
? ?
???? (2.4) 这是关于k 的方程，注意()f ξ'到在点
2
a ξ
+处的泰勒公式： 2
()1()()0,22222a a a a f f f f c ξξξξξ++--??????'''''''=--= ? ? ???????
(),c a b ∈ (2.
5)
由(2.4) (2.5)两式可得：
()2
22
11()()()8228
k a a f c f a ξξξξ-??''''''-==- ??? 则有：()k f c '''=，命题得证。
总结：解此类题最重要的就是辅助函数的确定，上面的例题使用的是原函数法，即通过恒等变形将结论化为以消除导数符号的形式或易积分的形式，用观察法或积分法求出原函数，为简便积分常数取作零，移项使等式一边为零，则另一边将结论中的c 换成x 即为所需的辅助函数。
泰勒公式及其应用 数学学院数学与应用数学专业 2009级杨立 指导教师吴春 摘要:泰勒公式以一种逼近的思想成为数学分析中的一个重要知识，在分析和研究数学问题中有着重要的作用。本文研究了利用泰勒公式证明微分中值定理，求函数的极限，进行近似计算，求函数的高阶导数和偏导数等方面的应用，恰当的运用泰勒公式能够给我们的解题带来极大的方便。 关键词：泰勒公式；微分中值定理；极限；高阶导数；偏导数 Abstract:Taylor formula is an important knowledge of mathematics analysis in an approximation of the thought, and it plays an important role in the analysis and study of mathematical problems. This paper studies the application of the Taylor formula in proving differential mean value theorem, the limit of function, approximate calculation, the application of high order derivative for function and partial derivative, and using Taylor formula appropriate can bring great convenience to our problem. Keywords:Taylor formula; approximate calculation; limit; higher derivative; partial derivative 引言 泰勒公式最早是以泰勒级数的形式出现在泰勒1715年出版的著作《增量及其逆》中，但在该书中却没有给出具体的证明，直到19世纪由柯西给出了现在的形式及其严格的证明。泰勒公式是一种逼近的思想，集中体现了逼近法的精髓，可以将有理分式函数﹑无理函数和初等超越函数等复杂函数用简单的多项
《泰勒公式及其应用》的开题报告 《泰勒公式的验证及其应用》的 关键词：泰勒公式的验证数学开题报告范文中国开题报告 1．本课题的目的及研究意义 目的：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。泰勒公式是非常重要的数学工具，现对泰勒公式的证明方法进行介绍，并归纳整理了其在求极限与导数、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。 研究意义：在初等函数中，多项式是最简单的函数，因为多项式函数的的运算只有加、减、乘三种运算。如果能将有理分式函数，特别是无理函数和初等超越函数以一种“逼近”的思想，用多项式函数近似代替，而误差又能满足要求，显然，这对函数性态的研究和函数值的近似计算都有重要意义。对泰勒公式的研究就是为了解决上述问题的。 2．本课题的研究现状 数学计算中泰勒公式有广泛的应用，需要选取点将原式进行泰勒展开，如何选取使得泰勒展开后，计算的结果在误差允许的范围内，并且使计算尽量简单、明了。泰勒公式是一元微积分的一个重要内容，不仅在理论上有重要的地位，而且在近似计算、极限计算、函数性质的研究方面也有重要的应用。对于泰勒公式在高等代数中的应用，还在研究中。 3．本课题的研究内容 对泰勒公式的证明方法进行介绍，并归纳整理了其在求极
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。 本课题将从以下几个方面展开研究： 一、介绍泰勒公式及其证明方法 二、利用泰勒公式求极限、证明不等式、判断级数的敛散性、证明根的唯一存在性、判断函数的极值、求初等函数的幂级数展开式、进行近似计算、求高阶导数在某些点的数值、求行列式的值。 三、结论。 4．本课题的实行方案、进度及预期效果 实行方案： 1.对泰勒公式的证明方法进行归纳； 2.灵活运用公式来解决极限、级数敛散性等问题； 3.研究实际数学问题中有关泰勒公式应用题目，寻求解决问题的途径。 实行进度： 研究时间为第8 学期，研究周期为9周。 1．前期准备阶段： 收集有关信息进行分析、归类，筛选有价值的信息，确定研究主题；制定课题计划，学习理论。 2．研究阶段：2010年12月— 2011 年4 月 3．第一阶段：初期（2010年12月1日- 2011年3月15 日） 第二阶段：中期（2011年3月16 日- 2011年4月15日）第三阶段：结题（2011年4月16日- 2011年4月30日）
目录 摘要 (1) 英文摘要 (2) 第一章绪论 (3) 第二章泰勒公式 (5) 1.1泰勒公式的意义 (5) 1.2泰勒公式余项的类型 (5) 1.3泰勒公式 (6) 第三章泰勒公式的实际应用 (7) 2.1利用泰勒公式求极限 (7) 2.2利用泰勒公式进行近似计算 (8) 2.3在不等式证明中的应用 (9) 2.4泰勒公式在外推上的应用 (10) 2.5求曲线的渐近线方程 (11) 2.6泰勒公式在函数凹凸性及拐点判断中的应用 (13) 2.7在广义积分敛散性中的应用 (14) 2.8泰勒公式在关于界的估计 (15) 2.9泰勒公式展开的唯一性问题 (15) 结束语 (16) 致谢 (17) 参考文献 (18)
第一章 绪论 近代微积分的蓬勃发展，促使几乎所有的数学大师都致力于相关问题的研究，特别是泰勒，笛卡尔，费马，巴罗，沃利斯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，它的理论方法已经成为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，并能满足很高的精确度要求，在微积分的各个方面都有重要的应用. 泰勒公式在分析和研究数学问题中有着重要作用,它可以应用于求极限、判断函数极值、求高阶导数在某些点的数值、判断广义积分收敛性、近似计算、不等式证
本科生毕业设计（论文） （ 2014届） 设计（论文）题目泰勒公式及其在解题中应用 作者周立泉 分院理工分院用数学1001班 指导教师（职称）徐华（讲师） 专业班级数学与应用数学） 论文字数 8000 论文完成时间 2014年4月3日 杭州师范大学钱江学院教学部制
泰勒公式及其在解题中应用 数学与应用数学1001班周立泉指导教师徐华 摘要：泰勒公式是数学分析中的一个重要公式，它的基础思想是运用多项式来逼近一个已知函数，而该多项式的系数由给定的函数的各阶导数决定．本文主要归纳了其在证明不等式、等式，求极限，求近似值等各方面的应用． 关键词：泰勒公式;数学分析;导数 Taylor Formula and Its Application in Solving Problem Mathematics and Applied Mathematics class 1001 ZhouLiQuan Instructor: XuHua Abstract：Taylor's formula is an important equation of mathematical analysis, it is the basic idea is to use polynomial approximation to a known function, and the polynomial coefficients given by the derivatives of the function determined. This paper describes the method to prove the Taylor formula,summarized in inequalities, find the limit,the approximate value and the other applications. Keyword:Taylor's formula;Mathematical analysis; derivative.
目录 摘要 (1) 英文摘要 (2) 第一章绪论 (3) 第二章泰勒公式 (5) 1.1泰勒公式的意义 (5) 1.2泰勒公式余项的类型 (5) 1.3泰勒公式 (6) 第三章泰勒公式的实际应用 (7) 2.1利用泰勒公式求极限 (7) 2.2利用泰勒公式进行近似计算 (8) 2.3在不等式证明中的应用 (9) 2.4泰勒公式在外推上的应用 (10) 2.5求曲线的渐近线方程 (11) 2.6泰勒公式在函数凹凸性及拐点判断中的应用 (13) 2.7在广义积分敛散性中的应用 (14) 2.8泰勒公式在关于界的估计 (15) 2.9泰勒公式展开的唯一性问题 (15) 结束语 (16) 致谢 (17) 参考文献 (18)
泰勒公式及其应用 （河南城建学院数理系河南平顶山 467044） 摘要 泰勒公式是数学分析中的重要组成部分，它的理论方法已成为研究函数极限和估计误差等方面的不可或缺的工具，集中体现了微积分“逼近法”的精髓，它是微积分中值定理的推广，亦是应用高阶导数研究函数性态的重要工具, 它的用途很广泛.本文详细介绍泰勒公式及其应用在数学领域上的几个应用作论述.文章除了对泰勒公式在常用的近似计算、求极限、不等式的证明、外推和求曲线的渐近线方程上作解求证明外，特别地，泰勒公式还对函数凹凸性及拐点判断、广义积分敛散性中的应用、界的估计和展开的唯一性问题这4个领域的应用做详细的介绍. 关键词泰勒公式佩亚诺余项拉格朗日余项
Abstract Taylor’s formula is the mathematical analysis of the important part, it has become a research function theory method and estimat-ed error limit of the indispensable tools such as a concentrated exp -ression of the calculus, “approximation” of the essence, which is the value of the Calculus theorem is also of high order derivative function of an important tool for state, its use is very wide. This paper introduces the Taylor formula and its applications in mathema -tics for discussion on several applications. In addition to Taylor’s article in the commonly used approximation formula, find the limit, Inequality, extrapolation, demand curve equation and determine the asymptotic line on the Convergence of Solutions of applications as shown, in particular, the Taylor formula also Convexity and the in flection point of the function to judge, Generalized Integral Converg -ence application, industry estimates and launched the only problem the application of these four areas a detailed introduction. Keywords：Taylor formula，Peano remainder，Lagrange Remainder
泰勒公式及其应用
摘要 文章简要介绍了泰勒公式的证明及其推导过程，详细讨论了泰勒公式在最优化理论领域的应用，分别讨论了泰勒公式在理论证明和算法设计上面的应用，并用简单的算例加以说明。 关键词：泰勒公式，最优化理论，应用
一、泰勒公式 1.1 一元泰勒公式 若函数)(x f 在含有x 的开区间),(b a 内有直到1+n 阶的导数，则当函数在此区间内时，可展开为一个关于)(0x x -的多项式和一个余项的和： 1 0)1(00)(200000)()!1()()(!)()(!2)())(()()(++-++-++-''+-'+=n n n n x x n f x x n x f x x x f x x x f x f x f ξ 其中=)(x R n 10)1()()!1() (++-+n n x x n f ξ ξ在x 和0x 之间的一个数， 该余项)(x R n 为拉格朗日余项。 1.1.1 泰勒公式的推导过程 我们知道α+-'+=))(()()(000x x x f x f x f ，其在近似计算中往往不够精确，于是我们需要一个能够精确计算的而且能估计出误差的多项式： n n x x a x x a x x a a x p )()()()(0202010-++-+-+= 来近似表达函数)(x f ； 设多项式)(x p 满足)()()()(),()(0)(0)(0000x f x p x f x p x f x p n n ='='= 因此可以得出n a a a 10,.显然，00)(a x p =，所以)(00x f a =；10)(a x p ='，所以 )(01x f a '=；20!2)(a x p =''，所以 !2)(02x f a ''= n n a n x p !)(0) (=，所以有! )(0)(n x f a n n = 所以，n n x x n x f x x x f x x x f x f x p )(! )()(!2)())(()()(00)(2 00000-++-''+ -'+= 1.1.2 泰勒公式余项的证明 我们利用柯西中值定理来推出泰勒公式的余项（拉格朗日余项）： 设)()()(x p x f x R n -= 于是有0)()()(000=-=x p x f x R n 所以有0)()()()(0) (000===''='=x R x R x R x R n n n n n 根据柯西中值定理可得： n n n n n n n x n R x x x R x R x x x R ))(1()(0)()()()()(011)1(00)1(0-+'=---=-++ξξ 1ξ是在x 和0x 之间的一个数； 对上式再次使用柯西中值定理，可得：
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<
泰勒公式及其应用 [摘 要] 文章简要介绍了泰勒公式及其几个常见函数的展开式,针对泰勒公式的应用讨论了九个问题， 即应用泰勒公式求极限，证明不等式，判断级数的敛散性，证明根的唯一存在性,判断函数的极值,求初等函数的幂级数展开式,进行近似计算,求高阶导数在某些点的数值,求行列式的值. [关键词] 泰勒公式；极限；不等式；敛散性；根的唯一存在性；极值;展开式;近似计算;行列式. １ 引言 泰勒公式是高等数学中一个非常重要的内容,它将一些复杂函数近似地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杠杆.作者通过阅读大量的参考文献,从中搜集了大量的习题,通过认真演算,其中少数难度较大的题目之证明来自相应的参考文献,并对这些应用方法做了系统的归纳和总结.由于本文的主要内容是介绍应用,所以,本文会以大量的例题进行讲解说明. ２ 预备知识 定义2.1]1[ 若函数f 在0x 存在n 阶导数,则有 '''200000()() ()()()()1!2! f x f x f x f x x x x x =+-+-+ ()000() ()(())! n n n f x x x o x x n +-+- （1） 这里))((0n x x o -为佩亚诺型余项,称(1)f 在点0x 的泰勒公式. 当0x =0时,（1）式变成)(! )0(!2)0(!1)0()0()()(2'''n n n x o x n f x f x f f x f +++++= ,称此式 为(带有佩亚诺余项的)麦克劳林公式.
定义2.2]2[ 若函数 f 在0x 某邻域内为存在直至 1+n 阶的连续导数,则 ''()' 2 0000000()()()()()()()...()()2!! n n n f x f x f x f x f x x x x x x x R x n =+-+-++-+ , （2）这里 ()n R x 为拉格朗日余项(1)10() ()()(1)! n n n f R x x x n ξ++=++,其中ξ在x 与0x 之间,称（2）为f 在0x 的泰勒 公式. 当0x =0时,（2）式变成''()' 2(0)(0)()(0)(0)...()2!! n n n f f f x f f x x x R x n =+++++ 称此式为(带有拉格朗日余项的)麦克劳林公式. 常见函数的展开式： 12)! 1(!!21+++++++=n x n x x n e n x x x e θ . )()! 12()1(!5!3sin 221 253++++-+-+-=n n n x o n x x x x x . 24622cos 1(1)()2!4!6!(2)! n n n x x x x x o x n =-+-++-+ . )(1 )1(32)1ln(11 32++++-+-+-=+n n n x o n x x x x x . )(111 2n n x o x x x x +++++=- +-+ +=+2 ! 2)1(1)1(x m m mx x m . 定理 2.1]3[(介值定理) 设函数 f 在闭区间 ],[b a 上连续,且 )()(b f a f ≠,若0μ为介于 )(a f 与)(b f 之间的任何实数,则至少存在一点0x ),(b a ∈,使得
泰勒公式及其应用 常用近似公式，将复杂函数用简单的一次多项式函数近似地表示，这是一个进步。当然这种近似表示式还较粗糙（尤其当较大时），从下图可看出。 上述近似表达式至少可在下述两个方面进行改进： 1、提高近似程度，其可能的途径是提高多项式的次数。 2、任何一种近似，应告诉它的误差，否则，使用者“心中不安”。 将上述两个想法作进一步地数学化： 对复杂函数，想找多项式来近似表示它。自然地，我们希望尽可能多地反映出函数所具有的性态——如：在某点处的值与导数值；我们还关心的形式如何确定；近似所产生的误差。 【问题一】 设在含的开区间内具有直到阶的导数，能否找出一个关于的次多项式
近似? 【问题二】 若问题一的解存在，其误差的表达式是什么? 一、【求解问题一】 问题一的求解就是确定多项式的系数。 …………… 上述工整且有规律的求系数过程，不难归纳出：
于是，所求的多项式为： (2) 二、【解决问题二】 泰勒(Tayler)中值定理 若函数在含有的某个开区间内具有直到阶导数，则当时，可以表示成 这里是与之间的某个值。 先用倒推分析法探索证明泰勒中值定理的思路：
这表明： 只要对函数及在与之间反复使用次柯西中值定理就有可能完成该定理的证明工作。 【证明】 以与为端点的区间或记为，。 函数在上具有直至阶的导数， 且 函数在上有直至阶的非零导数， 且 于是，对函数及在上反复使用次柯西中值定理，有
三、几个概念 1、 此式称为函数按的幂次展开到阶的泰勒公式； 或者称之为函数在点处的阶泰勒展开式。 当时，泰勒公式变为 这正是拉格朗日中值定理的形式。因此，我们也称泰勒公式中的余项。 为拉格朗日余项。 2、对固定的，若 有
泰勒公式的应用 内容摘要：泰勒公式是数学分析中一个非常重要的内容，不仅在理论上占有重要的地位，在近似计算、极限计算、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有重要的应用。本文着重对极限计算、敛散性的判断、中值问题以及等式与不等式的证明这四个方面进行论述。 关键词：泰勒公式皮亚诺余项级数拉格朗日余项未定式
目录 内容摘要 0 关键词 0 1.引言 (2) 2.泰勒公式 (2) 2.1具有拉格朗日余项的泰勒公式 (2) 2.2带有皮亚诺型余项的泰勒公式 (2) 2.3带有积分型余项的泰勒公式 (2) 2.4带有柯西型余项的泰勒公式 (3) 3.泰勒公式的应用 (3) 3.1利用泰勒公式求未定式的极限 (3) 3.2利用泰勒公式判断敛散性 (6) 3.3 利用泰勒公式证明中值问题 (11) 3.4 利用泰勒公式证明不等式和等式 (13) 4. 结束语 (19) 参考文献 (20)
1.引言 泰勒公式是数学分析中一个非常重要的内容，微分学理论中最一般的情形是泰勒公式, 它建立了函数的增量,自变量增量与一阶及高阶导数的关系，将一些复杂的函数近似地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杠杆。我们可以使用泰勒公式, 来很好的解决某些问题, 如求某些极限, 确定无穷小的阶, 证明等式和不等式，判断收敛性，判断函数的凹凸性以及解决中值问题等。本文着重论述泰勒公式在极限，敛散性判断，中值问题以及等式与不等式的证明这四个方面的具体应用方法。 2.泰勒公式 2.1具有拉格朗日余项的泰勒公式 如果函数()x f 在点0x 的某邻域内具有n+1阶导数，则对该邻域内异于0x 的任意点x,在0x 和x 之间至少?一个ξ使得： 当0x =0时，上式称为麦克劳林公式。 2.2带有皮亚诺型余项的泰勒公式 如果函数()x f 在点0x 的某邻域内具有n 阶导数,则对此邻域内的点x 有: 2.3带有积分型余项的泰勒公式
论文提要 泰勒公式是数学分析中的重要组成部分，它的理论方法已成为研究函数极限和估计误差等方面的不可或缺的工具集中体现了微积分“逼近法”的精髓，它是微积分中值定理的推广，亦是应用高阶导数研究函数性态的重要工具，它的用途很广泛，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。即应用泰勒公式求极限，利用泰勒公式证明中值公式，判断函数敛散性，证明不等式，判断函数的极值，求幂级数展开式，进行近似计算，求高阶导数在某些点的数值。
浅谈泰勒公式及其应用 摘 要： 本文介绍了泰勒公式及几个常见函数的展开式，针对泰勒公式的应用讨论了八个问题.即应用泰勒公式求极限，利用泰勒公式证明中值公式，判断函数敛散性，证明不等式，判断函数的极值，求幂级数展开式，进行近似计算，求高阶导数在某些点的数值. 关键词：泰勒公式 泰勒公式是高等数学中一个非常重要的内容，它将一些复杂函数近似地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杠杆.作者通过阅读大量的参考文献，从中搜集了大量的习题，通过认真演算，其中少数难度较大的题目之证明来自相应的参考文献，并对这些应用方法做了系统的归纳和总结.由于本文的主要内容是介绍应用，所以，本文会以大量的例题进行讲解说明. 1 预备知识 定义 1.1 若函数f 在点0x 存在直至n 阶导数，则有()()()n n f x T x T x ==+ ()0n o x x +,即 ()()()()()()()()()().! !20002 00000n n n x x o x x n x f x x x f x x x f x f x f -+-+?+-''+ -'+=为⑴式. ⑴式称为函数f 在点0x 处的泰勒公式，()()()x T x f x R n n -=称为泰勒公式的余项，形如()n x x o 0-的余项称为佩亚诺型余项.所以⑴式又称为带有佩亚诺余项的泰勒公 式. 当00=x 时，得到泰勒公式： ()()()()()()() n n x o n f x f x f f x f ++?+''+'+=! 0!20002. 它也称为（带有佩亚诺余项的）麦克劳林公式. 定义1.2 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x ，[]b a x ,0∈,至少存在一点()b a ,∈ξ,使得
泰勒公式及应用论文 Prepared on 22 November 2020
毕业论文 题目：泰勒公式及应用学生姓名：陆连荣 学生学号： 05 系别：数学与计算科学系专业：数学与应用数学届别： 2012届 指导教师：向伟
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 前言： (1) 1泰勒公式 (2) 带有拉格朗日余项的泰勒公式 (2) 带有佩亚诺余项的泰勒公式 (2) 带有积分型余项的泰勒公式 (2) 带有柯西型余项的泰勒公式 (3) 2 泰勒公式的应用 (3) 利用泰勒公式求极限 (3) 利用泰勒公式证明不等式及中值问题 (5) 利用泰勒公式讨论积分及级数的敛散性 (8) 利用泰勒公式求函数的高阶导数 (11) 研究泰勒公式在近似计算中的应用 (12) 结语 (12) 致谢 (13) 参考文献 (13)
泰勒公式及应用 学生：陆连荣 指导教师：向伟 淮南师范学院数学与计算科学系 摘要；泰勒公式是数学分析中一个非常重要的内容，不仅在理论上占有重要的地位，而且在求极限、证明不等式、讨论级数及积分的敛散性、求函数的高阶导数、证明中值公式、求解导数问题及在近似计算等中都有极其重要的作用.在本文中上述所列的几个作用都有论述，但着重论述泰勒公式在求极限、级数及积分的敛散性判断、证明不等式及中值公式与求解导数问题中的作用。 关键词：泰勒公式；应用；级数；敛散性 Taylor formula and its application Student: Lu Liangrong Instructor : Xiang Wei Department of Mathematics and Computational Science: Huainan Normal University Abstract：Taylor formula in mathematical analysis is a very important content, not only in theory occupies an important position, and in the limit, to prove inequality, discuss the convergence and divergence of ser- ies and integral of function, high order derivative, mean value formula for solving the problem of proof, derivative and approximate calculation are an extremely important role. In this paper the above listed several roles are discussed, but focuses on Taylor's formula in calculating the limit, the series and the in- tegral of the divergence and judge, the proof of inequality and median formula and solving the problem of derivative function. Key words: Taylor formula; Application; Series; Convergence and divergence
第一章 绪论 近代微积分的蓬勃发展，促使几乎所有的数学大师都致力于相关问题的研究，特别是泰勒，笛卡尔，费马，巴罗，沃利斯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，它的理论方
法已经成为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，并能满足很高的精确度要求，在微积分的各个方面都有重要的应用. 泰勒公式在分析和研究数学问题中有着重要作用,它可以应用于求极限、判断函数极值、求高阶导数在某些点的数值、判断广义积分收敛性、近似计算、不等式证明等方面. 关于泰勒公式的应用，已有许多专家学者对它产生了浓厚的兴趣，它们对某些具体的题目作出了具体的解法，如求极限，判断函数凹凸性和收敛性，求渐近线，界的估计和近似值的计算等等.虽然泰勒公式应用到各个数学领域很多，但也还有很多方面学者还很少提及，因此在这泰勒公式及其应用方面我们有研究的必要，并且有很大的空间. 泰勒公式不仅在极限和不等式证明中能解决许多问题，同时也是研究分析数学的重要工具.其原理是很多函数都能用泰勒公式表示，又能借助于泰勒公式来研究函数近似值式和判断级数收敛性的问题.因此泰勒公式在数学实际应用中是一种重要的应用工具，我们必须掌握它，用泰勒公式这一知识解决更多的数学实际问题.
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 ],)[())((! 1 ))((!21))(()()(000)(200000n n n x x o x x x f n x x x f x x x f x f x f ?+?++?′′+ ?′+=L 常称n n x x o x R )()(0?=为皮亚诺型余项. 若00=x ，则得麦克劳林公式： ).()0(! 1 )0(!21)0()0()()(2n n n x o x f n 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 200000))((! 21 ))(()()(x x x f x x x f x f x f ?′′+ ?′+= ),())((! 100) (x R x x x f n 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 )(! !21)1(2n n x x o n x x x e +++++=L )()! 12()1(!3sin )2(12121 3???+??++?=n n n x o n x x x x L )()!2()1(!21cos )3(222n n n x o n x x x +?++?=L )()1(2)1ln()4(12n n n x o n x x x x +?++?=+?L )(! ) 1()1(! 2) 1(1)1()5(2n n x x n n x x x οααααααα++??+ +?+ +=+L L (二) 泰勒公式本质及两个泰勒公式的异同点
On Taylor’s formula for the resolvent of a complex matrix Matthew X. He a , Paolo E. Ricci b ,_ Article history:Received 25 June 2007 Received in revised form 14 March 2008 Accepted 25 March 2008 Keywords: Powers of a matrix Matrix invariants Resolvent 1. Introduction As a consequence of the Hilbert identity in [1], the resolvent )(A R λ= 1)(--E A λof a nonsingular square matrix A (E denoting the identity matrix) is shown to be an analytic function of the parameter λ in any domain D with empty intersection with the spectrum ∑A of A . Therefore, by using Taylor expansion in a neighborhood of any fixed D ∈0λ, we can find in [1] a representation formula for )(A R λ using all powers of )(0A R λ. In this article, by using some preceding results recalled, e.g., in [2], we write down a representation formula using only a finite number of powers of )(0A R λ. This seems to be natural since only the first powers of )(0A R λ are linearly independent.The main tool in this framework is given by the multivariable polynomials ),...,,(21,r n k v v v F (,...1,0,1-=n ;r m k ≤=,...,2,1) (see [2–6]), depending on the invariants ),...,,(21r v v v of )(A R λ); here m denotes the degree of the minimal polynomial. 2. Powers of matrices a nd n k F , functions We recall in this section some results on representation formulas for powers of matrices (see e.g. [2–6] and the references therein). For simplicity we refer to the case when the matrix is nonderogatory so that r m =. Proposition 2.1. Let A be an )2(≥?r r r complex matrix, and denote by r u u u ,...,,21 the invariants of A , and by ∑=--=-E =r j j r j j u A P 0)1()det()(λλλ.
题目泰勒公式的余项及其应用 摘要 0 Abstract 0 1引言 (1) 2带积带皮亚诺余项的泰勒公式及其的应用 (1) 2.1带皮亚诺余项的泰勒公式 (1) 2.2带皮亚诺余项的泰勒公式的应用 (1) 3带积分型余项的泰勒公式及其应用 (4) 3.1带积分型余项的泰勒公式 (4) 3.2带积分型余项泰勒公式的应用 (4) 4带拉格朗日余项的泰勒公式及其应用 (5) 4.1带拉格朗日余项的泰勒公式 (5) 4.2带有拉格朗日余项的泰勒公式的应用 (5) 结束语 (6) 参考文献 (7) 致谢......................................... 错误!未定义书签。
摘要：泰勒公式是高等数学中一个非常重要的内容,它将一些复杂函数近似地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杠杆. 但一般高数教材中仅介绍了如何用泰勒公式展开函数，而对泰勒公式的应用方法并未深入讨论，在教学过程中学生常因学用脱离而难. 本文主要介绍了泰勒公式的一些基本内容，在某些题目中运用泰勒公式会达到快速解题的目.给出了带皮亚诺型、拉格朗日型、积分型余项的泰勒公式.并分别例举这几种类型的泰勒公式在求极限、估计无穷小(大)量的阶、命题证明、定积分计算、近似计算中重要作用. 关键词：泰勒公式；皮亚诺型余项；拉格朗日余项；积分型诺型余项；应用 Abstract:Taylor's formula is a very important mathematics content, it said some of the complex function approximation to a simple polynomial function, which simplify the function of analysis and research to make it a powerful lever for other mathematical problems. but generally only the high number of teaching describes how to start the function with the Taylor formula, while the Taylor formula approach does not in-depth discussions, students in the teaching process from the often difficult for learning to use. This paper describes some of the basic content of Taylor's formula, used in some of the topics in the Taylor formula to achieve rapid problem-solving projects. Presented with a Renzo Piano-based, Lagrangian type, Integral Taylor formula. And were These types of examples in the Limit of the Taylor formula, it is estimated infinitely small (large) amount of the order, the proposition shows that to calculate the approximate calculation an important role. Key words:Taylor formula; Peano-type remainder; Lagrange remainder; Connaught Type remainder integral; Application.