泰勒中值定理

泰勒中值定理一、泰勒中值定理若)(x f 在含有0x 的某个区间I 内具有直到1n +阶导数，则当x I ∈时，有()20000000()()()()'()()()()()2!!n n n f x f x f x f x f x x x x x x x R x n ''=+-+-++-+ ，其中拉格朗日型余项(1)0()()(),(1)!n n n f R x x x n ξξ+=-+位于0x 与x 之间．当0n =时，泰勒中值定理就是拉格朗日中值定理．取00x =，()(1)2(0)(0)()()(0)'(0),2!!(1)!n n n nf f f f x f f x x x x x n n ξξθ+''=+++++=+ 位于0与x 之间，(0,1)θ∈，其为n 阶麦克劳林公式．二、基本函数的高阶导数公式⎪⎩⎪⎨⎧<=>=-mn x A m n n m n x n m n mn m !0)()( 1)()(!)1(1+±-=⎪⎭⎫ ⎝⎛±n n m a x n a x ， nn n a x n a x )()!1()1()][ln(1)(±--=±-，a a a nx n x ln )()(=， )2sin()(sin )(πn ax a ax n n +=，)2cos()(cos )(πn ax a ax n n +=；()()()()()()12120[()()]()(),[()()][()][()]nn n n n kn k k n k k u x k v x k u x k v x u x v x C u x v x -=+=+=⋅∑； 三、基本函数的麦克劳林展开式(1)2(1)(1)(1)(1)12!!mnm m m m m n x mx x x n ---++=+++++ ,1x < (2) ++-++-+-=++1)1(432)1ln(1432n x x x x x x n n )11(≤<-x (3) ++++++=!!3!2!1132n x x x x e n x)(+∞<<-∞x (4) +--+-+-=--)!12()1(!5!3sin 12153n x x x x x n n )(+∞<<-∞x (5) +-+-+-=)!2()1(!4!21cos 242n x x x x n n )(+∞<<-∞x 当0x →时，有233(1)(1)(2)(1)1()2!3!mm m m m m x mx x x o x ---+=++++12332111(1)1()2816x x x x o x +=+-++,233ln(1)()23x x x x o x +=-++2331()1!2!3!x x x x e o x =++++,23233ln ln ln 1()1!2!3!xa a a a x x x o x =++++355sin ()3!5!x x x x o x =-++,244cos 1()2!4!x x x o x =-++,3552tan ()315x x x x o x =+++3553arcsin ()640x x x x o x =+++,355arctan ()35x x x x o x =-++例1、求下列高阶导数)()(x yn（1）设502)54(+=x y ，则!100450)100(⋅=y ．（2）设232+-=x x x y ，求)(n y ． 解： ])2(2)1(1[!)1()21(2)11(11)()()(++-++⋅-=-++=n n n n n n x x n x x y． （3）设x y x y=-，则1(2,1)1!(1),2!()n n n n n n z n x z n y y x y ++∂∂=-=⋅∂-∂ （3）设x x y 44cos sin +=，则)24cos(4)4(cos 41)43()1()()()(πn x x y n n n n +=+=-．（4）设n n x x x y )4(cos )2(2π-+=，求)()(x f n ，)1()(n f ．解：()()()0()[(1)][(2)(cos )]4nn k n k nn n k n k x f x C x x π-==-+∑ 21)(2!3|)4(cos)2(!)1(n n x nnnnn n xx n C f=+==π．（5）设函数2()sin f x x x =，求 (2009)(0)f．解：321221sin [(1)]3!(21)!n n x x x x x x n --=-++-+- 52131(1)3!(21)!n n x x x n +-=-++-+- 则(2009)(0)12009!2007!f =，故(2009)(0)20082009f=⨯． 注（1）： 若01()nn f x a a x a x =++++ ，则()(0)()(0)(0)!n n f f x f f x x n '=++++ ，于是()(0)!n n f a n =，故()(0)!n n f n a =． 注（2）：若求(2009)()4fπ，则只能用莱布尼兹公式完成．例2、计算下列极限（1）4301sin sinlim tan x x x x x x →-+；（2）20(1)ln(1)lim 1x x x x x e →-++-；（3）21lim ln(1)x x x x →∞⎡⎤-+⎢⎥⎣⎦； （1）解：原式33303033000tan ~()sin 113!lim lim sin lim 6x x x x x x o x x x x x x x →→→+-=+==． （2）解：原式22222200(1)[()]()122lim lim 2x x x xx x x o x o x x x →→-+-+-+===-． （3）解：原式21222()ln(1)12lim lim 2x t x x t o x t t t t =∞-∞→∞→∞+-+=== 或（泰勒）2221111lim (())22x x x o x x x →∞⎡⎤=--+=⎢⎥⎣⎦．例3、设lim )0x ax b →+∞-=，求b a ,．解：10lim )lim x tx t bt aax b t =→+∞→--=3021001(2)()1()223lim lim 0333a t t t t o t bt o t t b b t t =→→++-⎡⎤==++-=-=⎢⎥⎣⎦∴ 32,1==b a ． 例4、当0→x 时，x x33tan -是关于x 的k 阶无穷小，则3=k ．解：（一）tan tan 00003331(tan )ln 3lim lim lim3limx x x x xk k kx x x x x x x x x -→→→→---== 3330()ln 33ln 3lim 3k k x x x o x x x =→++-==故3=k ． 解：（二）tan 0000333(tan )tan lim ln 3lim ln 3lim lim3x x k k k x x x x x x x x x xξξξ→→→→---== 33300()tan ln 33ln 3lim ln 3lim 3k k k x x xx o x x x x x x =→→++--==，故3=k ． 例5、设函数)(x f 在0=x 的某邻域内具有一阶连续导数,且,0)0(,0)0(≠'≠f f 若)0()2()(f h bf h af -+在0→h 时是比h 高阶的无穷小,试确定b a ,的值．解： 由条件可知),()0()0()(h h f f h f ο+'+=).()0(2)0()2(h h f f h f ο+'+= 所以)0()2()(f h bf h af -+=).()0()2()0()1(h h f b a f b a ο+'++-+从而⎩⎨⎧=+=-+0201b a b a ,可得⎩⎨⎧-==12b a ．注（1）：设函数)(x f 在0=x 的某邻域内具有n 阶导数，则当0x →时，有 ()(0)()(0)(0)()!n n n f f x f f x x x n ο'=++++ ．证明：()0(0)()[(0)(0)]!lim n nn x f f x f f x x n x→'-+++ ()1'10(0)'()(0)''(0)(1)!lim n n L Hn x f f x f f x x n nx --→'-----= ()2'20(0)''()''(0)(2)!lim (1)n n L Hn x f f x f x n n n x--→----=- (1)(1)()'0()(0)(0)lim !n n n L Hx f x f f x n x --→--== (1)(1)()01()(0)[lim (0)]0!n n n x f x f f n x--→-=-=．注（2）：设函数)(x f 在0=x 的某邻域内具有(1)n +阶导数，利用注（1）的结论，则有()(1)10(0)()(0)(0)(0)!lim (1)!n nn n x f f x f f x xf n x n ++→'---=+ ．例6、设()f x 在0x =处具有二阶导数，且有42260()ln(1)2lim 3x x f x x x x →++-=， 求(0),'(0),''(0)f f f ．解：当0x →时，22''(0)()(0)(0)()2!f f x f f x x x ο'=+++46226ln(1)()23x x x x o x +=-++于是，422602()ln(1)lim 3x x f x x x x →++-=4566601''(0)1[(0)](0)[]()22!3lim x f f x f x x x x ο→'-++++= 201[(0)](0)''(0)12lim []2!3x f f xf x →'-+=++故有1(0),2f ='(0)0f =，而''(0)122!33f +=，即2''(0)3f =．例7、设函数)(x f 在(1,1)-内任意阶可导， ()(0)0n f ≠，1,2,n = ，且满足泰勒公式 (1)()1(0)()()(0)'(0),(1)!!n n n nf f x f x f f x x x n n θ--=++++- (0,1)θ∈，求0lim x θ→．解：()()(1)0()(0)lim (0)0n n n x f x f f xθθ+→-=≠(1)()1()()100(0)(0)()(0)'(0)()(0)(1)!!lim !limn n n nn n n x x f f f x f f x x xf x f n n n x x θ--+→→-------= (1)(1)(0)(0)!(1)!1n n f f n n n ++==++则01lim 1x n θ→=+． 例8、设()f x 在(0,)+∞内满足''()1f x ≤，且lim ()x f x →+∞存在，求证：lim '()0x f x →+∞=．解：当(0,)x ∈+∞时，任取0ε>，有2'()()()'(),(,)2f f x f x f x x x ξεεεξε+=++∈+则()()''()()()''()'()22f x f x f f x f x f f x εξεξεεεε+-+-=-≤+ 1()()2f x f x εεε≤+-+ 注意到lim ()x f x →+∞存在，有1lim '()lim[()()]22x x f x f x f x εεεε→+∞→+∞≤+-+=于是00lim '()lim lim '()lim 02x x f x f x εεε++→+∞→+∞→→=≤=故lim '()0x f x →+∞=．练习题1、设xx x f +-=11)(，则nn n x n x f )1(!2)1()()(+⋅⋅-=． 2、设函数)1ln()(2x x x f +=，则当3≥n ，2!)1()0(1)(--=-n n fn n ． 3、设222xy x y=-，则(2,1)n nz y ∂=∂ 1(1)![1]3nn n +-+．4、设函数()(1)sin f x x x x =-，则(2010)(0)f =2010-．5、计算下列极限（1）0x →=14-（2）0x x →=1（3）30arctan lim ln(12)x x x x →-=+16- （4）0tan 22tan lim sin 33sin x x x x x →-=-12-（5）22201cos lim()sin x x x x →-=43（6）30sin(sin )sin[sin(sin )]lim sin x x x x →-=166、若0)(6sin lim 30=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+→x x xf x x ，则206()lim x f x x →+=36． 7、设2)()1l n (lim 220=+-+→x bx ax x x ，则------------------------------------------AA 25,1-==b aB 2,0-==b aC 25,0-==b a D 2,1-==b a8、当0,1cos cos 2cos3x x x x →-对于无穷小x 的阶数为2．9、设当)1(,02++-→bx ax e x x 是比2x 高阶的无穷小，则-------------------------AA 1,21==b aB 1,1==b aC 1,21=-=b a D 1,1=-=b a10、当230,(1)1()x x e ax bx cx o x →++=++是比2x 高阶的无穷小，试确定,,a b c ．121,,633a b c ==-=11、当0,()ln(1)1xx f x ax bx→=-++关于无穷小x 的阶数最高，试确定,a b ．11,2a b ==-12、设)(x f 在0=x 的某邻域内具有二阶连续导数，且0)0(≠f ，0)0(≠'f ，(0)0f ''≠， 求证： 存在惟一的一组实数321,,λλλ，使得当0→h 时，)0()3()2()(321f h f h f h f -++λλλ是比2h 高阶的无穷小．。

泰勒中值定理证明题【泰勒中值定理证明题】引言：泰勒中值定理是微积分中的一个重要定理，它通过连接函数在某一点和它在一阶导数所确定的切线，来研究函数在某一区间内的性质。

本文将对泰勒中值定理进行全面评估，并展示其深度和广度，希望能为您对该定理的理解提供帮助。

1. 泰勒中值定理的基本概念1.1 定理的表述泰勒中值定理可以表述为：给定一个区间[a, b]上的连续可导函数f(x)，则在[a, b]内至少存在一点c，使得f(b) - f(a) = f'(c)(b - a)。

该定理为我们研究函数在某一区间内的变化提供了重要依据。

1.2 理解函数的导数在理解泰勒中值定理之前，我们需要明确函数的导数概念。

函数的导数描述了函数在某一点的变化率，是函数增长或减少的速度。

导数为我们揭示了函数曲线的切线和斜率的关系。

2. 泰勒中值定理的证明2.1 一阶泰勒公式的推导我们从一阶泰勒公式开始推导。

根据泰勒中值定理，我们知道f(b) - f(a) = f'(c)(b - a)，可以将这个表达式进一步拆解为f(b) = f(a) +f'(c)(b - a)。

2.2 使用拉格朗日中值定理为了证明泰勒中值定理，我们可以使用拉格朗日中值定理。

根据拉格朗日中值定理，对于一个连续可导的函数f(x)，在[a, b]区间内至少存在一个点c，使得f'(c) = (f(b) - f(a))/(b - a)。

将此结果代入一阶泰勒公式中，得到f(b) = f(a) + f'(c)(b - a)。

证明完毕。

3. 泰勒中值定理的应用3.1 函数曲线与切线的关系泰勒中值定理使得我们能够通过函数在某一点的导数，来了解函数曲线在该点附近的变化情况。

通过连接函数在某一点的切线，我们可以推测函数的增长或减少趋势，并进一步研究函数在其他点上的性质。

3.2 近似计算与误差分析泰勒中值定理还可用于近似计算，并进行误差分析。

通过取泰勒级数中的有限项，我们可以近似计算出函数在某一点附近的数值，而可以通过增加级数项来提高精度。

中值定理泰勒公式罗必塔法则的统一证明中值定理泰勒公式罗必塔法则（MVTFLR）是在微积分领域具有重要意义的三个公式，它们通常被称为“三大定理”。

它们存在于数学中已有一段时间，并且被广泛用于解决各种数学问题，如求解微分方程等。

本文尝试用统一的方法来证明这三个定理，从而为这些定理的应用提供更有效的证明。

首先，我们考虑中值定理。

中值定理可以简单地说是：“如果一个函数在给定区间上连续，则必存在某一个点，其函数值与该区间的上、下限的平均值相等。

”为了证明这一定理，我们需要引入定义域的概念。

定义域是指函数的定义范围，它可以被定义为一个集合，即所有可以作为函数输入值的数。

在中值定理中，我们考虑由[a,b]作为定义域，其中a<b。

根据函数值的定义，我们可以得出：函数值=定义域点f(x)将函数值表示成f(x)后，我们可以将中值定理表示成：存在x∈[a,b],使得f(x)=(b-a)/2经过上述推理，中值定理就可以转化为证明存在定义域中某一点的函数值等于该定义域的上、下限的平均值，即证明函数值连续的定理。

其次，考虑泰勒公式。

泰勒公式可以简单地说是：“任何一个函数都可以在某一点附近用其一阶导数的无穷级数表示，而该无穷级数的和即为函数本身。

”为了证明泰勒公式，我们首先考虑一般函数在点上函数值的定义。

我们可以将函数值表示成f(x)，将函数在某一点p处的导数表示成f’(p)。

如果函数f(x)在点p处是连续的，那么存在一个正数T使得： |f(x)-f(p)|<T*|x-p|如果对于给定的T，我们可以将此式变换为f(x)=f(p)+T*(x-p)+O(|x-p|^2)接下来，我们将上述式子展开：f(x)=f(p)+f(p)*(x-p)+1/2f(q)*(x-p)^2其中q是[p,x]上的某一点。

同样的推理过程，我们也可以得出f(x)的三阶、四阶等等，即f(x)可以表示成f(p)+f(p)*(x-p)+1/2f(q)*(x-p)^2+...+f^(n)(p)*(x-p)^n+O(|x-p|^(n+1))，因此我们就可以证明函数f(x)可以用其一阶导数的无穷级数表示，即泰勒公式的证明。

泰勒中值定理泰勒中值定理在数学和物理方面有重要应用。

我国著名科学家华罗庚先生在解决了一系列的数学问题之后，自信地写下：“泰勒公式可能还没有发现。

”这个宣言为我们的研究指明了方向，开辟了道路。

今天我就来介绍一下泰勒中值定理及它的重要性。

首先从事的是奥古斯丁，他想尽办法证明了拉格朗日中值定理，证明并不成功，这也证明了他的不足。

后来又出现了柯西，而且对拉格朗日中值定理做了补充，虽然他证明了柯西中值定理，但还是远不够完善，也有缺陷。

于是泰勒走上了证明拉格朗日中值定理的艰难历程。

泰勒早期的证明不被人理解，后来他用自己的严密推理、巧妙计算，终于证明了拉格朗日中值定理。

拉格朗日中值定理证明的成功为微积分奠定了基础。

这是人类的第二次大飞跃。

我想，如果当时这两个伟人没有相互配合，一定会导致数学史上的一场灾难！当然，泰勒也得到了别人的尊敬与赞赏。

有一位伟人曾说：“微积分中最困难的部分已经被泰勒解决了。

”这是多么高的评价呀！150多年过去了，我们现在看到的是由微积分学家莱布尼兹与泰勒于1709年提出的。

但是，这只是一种形式的表述，至今尚未找到使微积分与其它数学内容更好地结合起来的途径。

微积分是十九世纪以后才产生的，那么，为什么数学家们不直接去寻找这些结合点呢？是他们懒惰吗？当然不是。

当时一些德国数学家反对笛卡尔学派的绝对观点，坚持把数学作为科学看待，并以数学为武器，支持法国大革命，因此有不少德国数学家到法国来。

例如，数学家华林（ Wallin）和雷尔（ Rey）。

因此，数学家们很希望用微积分的方法来解决自己提出的问题，但是，遗憾的是，那时微积分只是在天文学中应用，用微积分的概念来处理几何图形不是很方便，所以解决不了天文学的问题。

直到1795年，微积分才作为一门独立的学科得以确立，并由此开创了一个新的领域——微分几何。

可以说，微积分是数学史上又一座里程碑。

如今，微积分仍然具有广泛的应用，可以帮助工程师们解决工程技术中遇到的问题。

泰勒公式泰勒公式（Taylor's formula）泰勒中值定理：若函数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。

泰勒中值定理1和2的区别
泰勒中值定理是数学中有关函数性质的一种重要定理，定理1以及定理2都是泰勒中值定理的不同变种。

这两个定理都有其独特的性质，两者之间又有许多相似之处。

首先来看泰勒中值定理1，它是一种函数极限关系，它告诉我们，当函数f在某一端点p处可导时，其切线正比于函数f在该端点上的导数。

这个定理用来证明与函数连续性有关的定理，也可以用来证明偏导数的存在性、求导数的表达式以及微分的基本定理等。

泰勒中值定理2也是一种函数极限关系，它解释了一个函数在某点处的导数正比于该函数在某点处的曲线斜率。

定理2可以用来证明函数连续性、求极值点及拐点、求微分、积分以及克朗伊恩变换。

定理1与定理2的区别在于，前者表达的是函数f在端点p处的导数与其切线的正比关系，而后者则表达的是函数f在某点处的导数与曲线斜率的正比关系。

定理1和定理2之间也有些相似之处，比如它们都是建立在函数的极限上的，并且都具有实际的数学意义，同时都可以用来证明函数连续性，求导数等。

不过，定理1与定理2也有本质的区别，定理1关于函数f在某一端点p处的导数，而定理2则是关于函数f在某一点处的导数。

这意味着定理1只能在端点上讨论，而定理2可以在定点上讨论，从而更容易讨论广泛的函数性质。

此外，定理1可以用来证明偏导数的存在性、求出导数的表达式以及微分的基本定理，而定理2可以用来证
明拐点、极值点以及积分和克朗伊恩变换等问题。

总之，泰勒中值定理1和定理2都是数学领域中重要的定理，两者都有其独特的性质，但是它们之间也有着本质的不同，每一个定理都有其适用的范围，在使用上也有所不同。