泰勒公式在考研数学的常见应用
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高等数学之泰勒公式的应用问题方法总结
应用泰勒公式来求函数极限和求证明题经常出现在考研题中。
利用泰勒公式求极限是求极限的一种常用方法,这种方法可以减少求极限的计算量。
另外可以利用泰勒公式来证明不等式,如果要证明的不等式中,函数函数的二阶或二阶以上的导数,这时我们可以考虑通过泰勒公式证明不等式。
泰勒公式的应用:
(1)把函数f(x)展开成n阶的麦克劳林公式;
(2)求函数f(x)的n阶导数;
(3)利用泰勒公式求极限;
(4)利用泰勒公式求证明题。
题型一:利用泰勒公式求极限;
利用泰勒公式在于要把函数展开到x的几次方,一般对于分子和分母有一个能确定次数,则可以把另一个展开到相同次数即可。
例1:
分析:本题可以先确定分母展开的次数,ln(1-x)至少展开到二阶,确定了分母的次数后,分子的次数也就可以确定了。
解:
题型二:利用泰勒公式求证明题
例2:
证明:
备注:利用泰勒公式求极限和求证明题是考研中经常考的知识点。
泰勒公式在考研数学的常见应用泰勒公式在解题中的妙用——从几道数学考研题说起泰勒公式是数学分析中的重要工具之一,它反映了函数在某一点处的局部行为。
在很多数学问题中,泰勒公式的应用可以帮助我们更好地理解问题的本质,从而找到更简洁高效的解题方法。
本文将从几道数学考研题入手,详细阐述泰勒公式在解题中的应用,同时介绍一些应用技巧和注意事项,并进一步拓展泰勒公式在更高维度和更复杂问题中的应用。
求limx→0(1+x+x2/2−−−−−−−√)−1x−−−−−−−−−−−−−−−√ex−1ex−1这道考研题中,我们可以将函数f(x)=(1+x+x2/2)−−−−−−−−−−−−−−−√ex −1在x=0处展开成泰勒级数,然后利用级数求和的方法得到答案。
具体步骤如下:f(x)=ex−1+xex−1+x22ex−1=(x+1)+x22+O(x3)因此,limx→0f(x)=limx→0(x+1)+limx→0x22+O(x3)=12+1+0=32这道考研题可以利用泰勒公式将sinxx展开成幂级数,然后求导n 次得到答案。
具体步骤如下:y=sinxx=∑k=0∞(−1)k×x2k+O(x3)y(n)=∑k=n∞(−1)k×2k×x2k−n+O(x3)因此,y(n)(0)=∑k=n∞(−1)k×2k×1=(−1)n×2n×1=2n×(−1)n证明:(1+x)ln(1+x)−xx=O(x3)这道考研题可以利用泰勒公式将等式中的函数展开成幂级数,然后进行恒等变形得到答案。
具体步骤如下:f(x)=(1+x)ln(1+x)−xx=(1+x)(ln1+ln(1+x))−xx=x+x2+O(x3)−ln(1+x)+O(x3)=O(x3)因此,f(x)(0)=0+0+…=0,即(1+x)ln(1+x)−xx=O(x3)成立。
泰勒公式在很多数学问题中都有着广泛的应用,例如在微积分、线性代数、概率论等领域。
2024考研数学常见泰勒公式展开式泰勒公式是数学分析中的一个重要定理,它给出了一个函数在其中一点附近的多项式逼近。
它的形式如下:设函数f在点x=a处n+1次可导,则它在点x=a处的泰勒展开式为:\[f(x)=f(a)+\frac{f'(a)}{1!}(x-a)+\frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2+\cdots+\frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^n+R_n(x)\]其中,Rn(x)为泰勒余项,余项有以下形式:\[R_n(x)=\frac{f^{(n+1)}(c)}{(n+1)!}(x-a)^{n+1}\]其中a<c<x为函数f在区间[a,x]上的其中一点。
常见的泰勒公式展开式如下:1.指数函数的泰勒展开式:\[e^x=1+x+\frac{x^2}{2!}+\frac{x^3}{3!}+\cdots+\frac{x^n}{n! }+R_n(x)\]其中\[R_n(x)=\frac{e^c}{(n+1)!}x^{n+1}\]2.正弦函数的泰勒展开式:\[\sin x=x-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\cdots+(-1)^n\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}+R_n(x)\]其中\[R_n(x)=(-1)^n\frac{\cos c}{(2n+2)!}x^{2n+2}\]3.余弦函数的泰勒展开式:\[\cos x=1-\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}-\cdots+(-1)^n\frac{x^{2n}}{(2n)!}+R_n(x)\]其中\[R_n(x)=(-1)^n\frac{\sin c}{(2n+1)!}x^{2n+1}\]4.自然对数函数的泰勒展开式:\[\ln(1+x)=x-\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{3}-\cdots+(-1)^{n-1}\frac{x^n}{n}+R_n(x)\]其中\[R_n(x)=(-1)^n\frac{(1+c)^{-n}}{n+1}x^{n+1}\]5.三角函数的泰勒展开式:\[\begin{align*} \sin x &= x-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\cdots+\frac{(-1)^n}{(2n+1)!}x^{2n+1} \quad \text{(奇次项展开式)} \\ \cos x &= 1-\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}-\cdots+\frac{(-1)^n}{(2n)!}x^{2n} \quad \text{(偶次项展开式)} \end{align*}\]除了上述常见的泰勒展开式之外,还有一些其他函数的泰勒展开式,如二次函数、指数对数混合形式等,这些展开式在不同的数学问题中有着重要的应用。
2022考研数学:不等式证明的7种方法总结
不等式证明的7种方法总结
1. 拉格朗日中值定理适用于已知函数导数的条件,证明涉及函数(值)的不等式;
2. 泰勒公式适用于已知函数的高阶导数的条件,证明涉及函数(值)或低阶导函数(值)的不等式;
3. 应用函数的单调性定理证明:(1)对于证明数的大小比较的不等式,转化为同一函数在区间两端点函数(或极限)值大小的比较,利用函数在区间上的单调性进行证明;(2)对于证明函数大小比较的不等式,转化为同一个函数在区间内的任意一点函数值与区间端点函数(或极限)值大小的比较,利用函数在区间上的单调性进行证明;
4. 利用函数最大值、最小值证明不等式。
把待证的不等式转化为区间上任意一点函数值与区间上某点x出的函数值大小的比较,然后证明(fx)为最大值或最小值,即可证不等式成立;
5. 利用函数取到唯一的极值证明不等式。
把待证的不等式转化为区间上任意一点函数值与区间内某点x处的函数值大小的比较,然后证明(fx)为唯一的极值且为极大值或极小值,即(fx)为最大值或最小值,即可证不等式成立;
6. 用柯西中值定理证明不等式;
7. 利用曲线的凹凸性证明不等式。
考研数学极值用到的不等式
在考研数学中,求解极值问题时常常会用到以下不等式:
1.拉格朗日乘数法(Lagrange Multiplier Method):在约束优化问题中,通过引入拉格朗日乘子来构造拉格朗日函数,并利用临界点求解极值。
2.泰勒公式(Taylor's Formula):在判断局部极值时,可以通过函数在某一点的泰勒展开,特别是二阶导数判据来分析极值性质。
如果一阶导数为0且二阶导数在该点大于0,则可能是局部最小值;若二阶导数小于0,则可能是局部最大值。
3.Jensen不等式:当处理某些期望或积分形式的函数极值问题时,可以借助Jensen不等式进行初步判断和推导。
4.均值不等式:包括算术-几何平均不等式、Holder不等式、Cauchy-Schwarz不等式等,这些不等式在证明或计算过程中经常用于估计函数值域或者确定极值的存在性。
5.KKT条件(Karush-Kuhn-Tucker Conditions):非线性规划问题中的约束优化问题也可以使用KKT条件来寻找可能的全局最优解或局部最优解。
6.不等式链(Inequality Chain):在一些复杂问题中,需要通过一系列不等式变换和应用已知的经典不等式(如AM-GM不等式、琴生不等式等)来缩小函数取值范围,进而找到极值点。
7.函数单调性的判定:根据函数的一阶导数判断函数的增减性,从而确定极大值或极小值的位置。
8.二重积分中的极值问题:可能需要用到格林定理、高斯积分以及相关的曲面积分理论,结合区域边界条件求解极值。
以上列举了考研数学中涉及求解极值问题时可能会用到的一些不等式和方法。
具体运用哪一种不等式取决于问题的具体类型和结构。
考研泰勒公式大全考研泰勒公式是考研数学中的一个重要知识点,也是数学分析中的经典内容。
它是基于函数的无数阶导数和函数值之间的关系,可以用来近似计算函数的值。
由于涉及到较多的公式推导和应用场景,下面将详细介绍泰勒公式的推导过程和一些常见的应用。
1.雅可比泰勒公式泰勒公式的最基本形式是雅可比泰勒公式,它可以通过有限次的求导得到。
假设函数f(x)在x=a处具有无限次可导,那么在x=a处,f(x)的泰勒展开式可以写作:f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+...+f^n(a)(x-a)^n/n!+Rn(x)(1)其中,f'(a)表示f(x)在x=a处的一阶导数,f''(a)表示f(x)在x=a 处的二阶导数,f^n(a)表示f(x)在x=a处的n阶导数,(x-a)^n表示(x-a)的n次幂,n!表示n的阶乘。
公式(1)中的最后一项Rn(x)表示余项,用来衡量泰勒展开式与原函数之间的误差。
当n趋向于无穷大时,如果余项Rn(x)趋于0,则泰勒展开式可以无限逼近原函数f(x),也就是可以用泰勒展开式来近似计算f(x)的值。
2.泰勒公式的推导泰勒公式的推导步骤可以通过数学归纳法来进行证明。
首先,我们有泰勒公式的一阶导数形式:f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+R1(x)其中,R1(x)为余项,我们将其化简为:R1(x)=f(x)-f(a)-f'(a)(x-a)然后,我们对R1(x)进行第一次求导:R1'(x)=f'(x)-f'(a)接着,将R1(x)和R1'(x)带入泰勒公式的形式中,我们可以得到泰勒公式的二阶导数形式:f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+f''(a)(x-a)^2/2!+R2(x)其中,R2(x)为二阶导数形式的余项,其化简步骤为:R2(x)=f(x)-f(a)-f'(a)(x-a)-f''(a)(x-a)^2/2!通过类似的推导方式,我们可以继续得到更高阶导数形式的泰勒公式,即得到公式(1)的形式。
考研数学讲解之泰勒公式的应用泰勒公式是高等数学中的重要内容,也是应用广泛的数学工具之一、它通过对任意一阶、二阶、三阶等导数的展开近似,将一个函数在其中一点附近展开为无穷项的多项式,从而可以用多项式来近似表示一些复杂的函数。
泰勒公式的应用主要集中在以下几个方面:1.函数的近似计算泰勒公式的最基本的应用就是对函数在一些点的近似计算。
通过取泰勒公式的前几项,可以将复杂的函数简化为多项式函数进行计算,从而大大简化了计算过程。
比如,利用泰勒公式可以计算各种三角函数和指数函数在一些特定点的近似值。
2.函数的极值与拐点通过泰勒公式,可以计算函数在一些点附近的近似表达式。
利用这个近似表达式,可以判断函数在该点附近的变化趋势,从而判断函数是否有极值或拐点。
通过求解近似表达式的导数,可以得到极值点和拐点的位置。
3.函数的收敛性分析泰勒公式还可以用来分析函数的收敛性。
通过对函数在一些点附近进行泰勒展开,可以得出一个多项式序列。
只要该多项式序列收敛,则可以得出函数在该点附近的收敛性。
这对于数值计算和数值分析非常重要。
4.函数的曲线拟合在实际应用中,很多函数并不能用已知的基本函数来表示,但我们可以通过泰勒公式的展开来将其近似表示为多项式函数,从而进行曲线拟合。
通过选择合适的展开点和展开阶数,可以得到较高的拟合精度,使得函数的曲线与真实数据点较为吻合。
5.常微分方程的求解泰勒公式在常微分方程的求解中是一个非常重要的工具。
通过对微分方程进行泰勒展开,可以将微分方程转化为一个多项式方程,从而简化求解过程。
通过取不同阶数的展开,可以得到微分方程的近似解,进一步帮助我们理解微分方程的性质。
总之,泰勒公式作为一种近似计算和函数分析的方法,广泛应用于数学的各个领域。
通过泰勒公式的运用,我们可以对复杂的函数进行简化和分析,从而更好地解决实际问题。
因此,在数学的学习和应用过程中,掌握泰勒公式的原理和应用是非常重要的。
考研数学利用泰勒公式求函数极限的方法探讨
0 引言
极限是微积分中一个非常重要的内容,极限的方法是微积分最基本的方法,如何计算极限是高等数学教学的重点和难点,也是考研高数的一个重要的考点,研究生入学考试数学试题几乎每年都有函数极限的题目,而且考查形式多种多样。
综合性题目一般考查的都是几种极限计算方法的综合,要求考生具有灵活运用知识解决问题能力。
纵观历年的试题,会发现很多综合性的题目应用泰勒公式与等价无穷小替换便可迎刃而解。
1 重要函数的泰勒公式
泰勒公式是考研数学的重要技术性工具,考研中通常应用带有佩亚诺型余项的麦克劳林公式。
2 无穷小的运算
设m,n为正整数,则
3 实例
一般应用泰勒展开式求型未定式极限,可将f(x)展开到x的k 次方。
例2(2012考研数学三)计算
分析:所求极限是一个型未定式极限x,将分子加以处理会发现有等价无穷小存在,即
例3(2015年考研数学二)设函数f(x)=x+aln(1+x)+ bxsinx,g(x)=kx3,若f(x)与g(x)是x→0时的等价无穷小,求a,b,k的值。
解:由题意f(x)与g(x)是x→0时是等价无穷小,得
此题用洛必达法则也可求解,但过程非常繁琐。
综上所述,对于型未定式极限呈现的形式,且用洛必达法则求解较复杂或不可用,也没有常用的等价无穷小代换时,运用带有佩亚诺余项的泰勒公式求极限非常方便简洁。
应用泰勒公式时若一般形式为则(fx)展开到x的k次方,遵循上下同阶原则;若一般形式为(fx)-g(x),则将(fx),g(x)分别展开到他们的系数不相等的的最低次幂为止,遵循幂次最低的原则。
考研泰勒公式大全泰勒公式是指对于可导函数在一些点附近进行近似展开的一种方法,泰勒公式包括一阶泰勒公式、二阶泰勒公式、高阶泰勒公式等。
下面将详细介绍泰勒公式的各种形式以及应用。
1.一阶泰勒公式:一阶泰勒公式也称为线性近似公式,其形式如下:f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)其中,f(x)表示可导函数在点x处的函数值,f(a)表示可导函数在点a处的函数值,f'(a)表示可导函数在点a处的导数的值。
一阶泰勒公式的应用:一阶泰勒公式可以用来进行函数曲线的直线近似,特别是在计算中的一些复杂函数值时,可以通过一阶泰勒公式进行近似计算。
同时,一阶泰勒公式也可以用来求函数在一些点处的导数值。
2.二阶泰勒公式:二阶泰勒公式也称为二次近似公式,其形式如下:f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+(x-a)^2/2!*f''(a)其中,f(x)表示可导函数在点x处的函数值,f(a)表示可导函数在点a处的函数值,f'(a)表示可导函数在点a处的导数的值,f''(a)表示可导函数在点a处的二阶导数的值。
二阶泰勒公式的应用:二阶泰勒公式可以用来进行函数曲线的二次近似,尤其是在计算中的一些复杂函数值时,可以通过二阶泰勒公式进行近似计算。
二阶泰勒公式还可以用来求函数在一些点处的导数值和二阶导数值。
3.高阶泰勒公式:高阶泰勒公式是指泰勒公式的更一般形式,其表达式为:f(x)=f(a)+(x-a)f'(a)+(x-a)^2/2!*f''(a)+...+(x-a)^n/n!*f^n(a)其中,n为正整数,f^n(a)表示可导函数在点a处的n阶导数,n!表示n的阶乘。
高阶泰勒公式的应用:高阶泰勒公式可以用来进行函数曲线的更高阶近似,特别是在计算中的一些复杂函数值时,可以通过高阶泰勒公式进行近似计算。
高阶泰勒公式还可以用来求函数在一些点处的导数值和各阶导数值。
考研数学二(一元函数的泰勒公式及其应用)-试卷2(总分64, 做题时间90分钟)3. 解答题解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
1.求的带皮亚诺余项的三阶麦克劳林公式.SSS_TEXT_QUSTI2.求带皮亚诺余项的麦克劳林公式.SSS_TEXT_QUSTI3.求arctanx带皮亚诺余项的5阶麦克劳林公式.SSS_TEXT_QUSTI4.求极限ω=SSS_TEXT_QUSTI5.确定常数a和b的值,使f(x)=x-(a+)sinx当x→0时是x的5阶无穷小量.SSS_TEXT_QUSTI6.设f(x)在x=0处n(n≥2)阶可导且=e 4,求f(0),f'(0),…,f (n) (0).SSS_TEXT_QUSTI7.设0<x<,证明SSS_TEXT_QUSTI8.设f(x)在[0,1]二阶可导,|f(0)|≤a,|f(1)|≤a,|f"(x)|≤b,a,b 为非负数,求证:c∈(0,1),有|f'(c)|≤2a+SSS_TEXT_QUSTI9.设f(x)在[a,b]三次可微,证明:ξ∈(a,b),使得SSS_TEXT_QUSTI10.在x=0处展开下列函数至括号内的指定阶数:(Ⅰ)f(x)=tanx(x 3 );(Ⅱ)f(x)=sin(sinx)(x 3 ).SSS_TEXT_QUSTI11.求下列函数f(x)在x=0处带拉格朗日余项的n阶泰勒公式:(Ⅰ)f(x)= ;(Ⅱ)f(x)=e x sinx.SSS_TEXT_QUSTI12.用泰勒公式求下列极限:SSS_TEXT_QUSTI13.用泰勒公式确定下列无穷小量当x→0时关于x的无穷小阶数:(Ⅰ) ;(Ⅱ)∫x (e t-1-t) 2 dt.SSS_TEXT_QUSTI14.设f(x)在(0,+∞)三次可导,且当x∈(0,+∞)时|f(x)|≤M,|f"'(x)|≤M3,其中M,M3为非负常数,求证f"(x)在(0,+∞)上有界.SSS_TEXT_QUSTI15.设函数f(x)在[0,1]二阶可导,且f(0)=f'(0)=f'(1)=0,f(1)=1.求证:存在ξ∈(0,1),使|f"(ξ)|≥4.SSS_TEXT_QUSTI 16.设f(x)在(x0-δ,x+δ)有n阶连续导数,且f (k) (x)=0,k=2,3,…,n-1;f (n) (x0)≠0.当0<|h|<δ时,f(x+h)-f(x0 )=hf'(x+θh),(0<θ<1).求证:.SSS_TEXT_QUSTI17.求下列函数的带皮亚诺余项至括号内所示阶数的麦克劳林公式:(Ⅰ)f(x)=e x cosx(x 3 );(Ⅱ)f(x)= (x 3 ).(Ⅲ)f(x)= ,其中a>0 (x 2 ).SSS_TEXT_QUSTI18.求下列函数的带皮亚诺余项的麦克劳林公式:(Ⅰ)f(x)=sin 3 x;(Ⅱ)f(x)=xln(1-x 2 ).SSS_TEXT_QUSTI19.确定下列无穷小量当x→0时关于x的阶数:(Ⅰ)f(x)=e x-1-x-xsinx;(Ⅱ)f(x)=(1+ )cosx-1.SSS_TEXT_QUSTI20.求下列极限:SSS_TEXT_QUSTI21.确定常数a和b的值,使得=6.SSS_TEXT_QUSTI22.设f(x)=x 2 sinx,求f (n) (0).SSS_TEXT_QUSTI23.设f(x)在x=0处二阶可导,又I==1,求f(0),f'(0),f"(0).SSS_TEXT_QUSTI24.设f(x)在x=a处n(n≥2)阶可导,且当x→a时f(x)是x-a的n阶无穷小,求证:f(x)的导函数f'(x)当x→a时是x-a的n-1阶无穷小.SSS_TEXT_QUSTI25.设f(x)在x=a处四阶可导,且f'(a)=f"(a)=f"'(a)=0,但f (4)(a)≠0,求证:当f (4) (a)>0(<0)时x=a是f(x)的极小(大)值点.SSS_TEXT_QUSTI26.设f(x),g(x)在x=x某邻域有二阶连续导数,曲线y=f(x)和y=g(x)有相同的凹凸性.求证:曲线y=f(x)和y=g(x)在点(x0,y)处相交、相切且有相同曲率的充要条件是:f(x)-g(x)=o((x-x0 ) 2)(x→x).SSS_TEXT_QUSTI27.求f(x)=3 x带拉格朗日余项的n阶泰勒公式.SSS_TEXT_QUSTI28.设f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内二阶可导,证明:ξ∈(a,b)使得SSS_TEXT_QUSTI29.设f(x)为n+1阶可导函数,求证:f(x)为n次多项式的充要条件是f (n+1)(x)≡0,f (n)(x)≠0.SSS_TEXT_QUSTI30.设f(x)在(0,+∞)二阶可导且f(x),f"(x)在(0,+∞)上有界,求证:f'(x)在(0,+∞)上有界.SSS_TEXT_QUSTI31.设f(x)在[a,b]二阶可导,f(x)>0,f"(x)<0((x∈(a,b)),求证:SSS_TEXT_QUSTI1。
考研数学公式大全数学是考研的核心科目之一,而掌握必要的数学公式则是取得好成绩的关键。
以下是一份考研数学公式大全,涵盖了高等数学、线性代数和概率论与数理统计中的重要公式,希望能对备考研究生入学考试的同学有所帮助。
一、高等数学1、求导法则本文1)链式法则:f(u)f'(u)=f'(u)du本文2)乘积法则:f(u)g(u)=f'(u)g(u)+f(u)g'(u)本文3)指数法则:f(u)^n=nu'f(u)/(n-1)!2、求极值本文1)极值条件:f'(x)=0本文2)极值定理:f(x)在x=a处取得极值,则f'(a)=03、积分公式本文1)牛顿-莱布尼茨公式:∫f(x)dx=F(b)-F(a),其中F'(x)=f(x)本文2)微分定理:d/dx∫f(x)dx=f(x)本文3)积分中值定理:若f(x)在[a,b]上连续,则至少存在一点c∈[a,b],使得∫f(x)dx=f(c)(b-a)4、不定积分公式本文1)幂函数积分:∫x^n dx=(n+1)/n+1 x^(n+1)/n+1+C本文2)三角函数积分:∫sinx dx=cosx+C,∫cosx dx=-sinx+C 5、定积分公式本文1)矩形法:若a<=x<=b,a<=y<=b,则∫(a,b)(x^2+y^2)dx=∫(a,b)x^2 dx+∫(a,b)y^2 dx=(b-a)(x^2+y^2)/2本文2)梯形法:若a<=x<=b,a<=y<=b,则∫(a,b)(x^2+y^2)dx=∫(a,b)x^2 dx+∫(a,b)y^2 dx=(b-a)(x^2+[by]+[ax])/3二、线性代数6、行列式公式本文1)行列式展开式:D=a11A11+a12A12+...+an1An1,其中Aij为行列式中第i行第j列的代数余子式本文2)范德蒙行列式:V=(∏i=1n[(x-a)(i-1)]^(n-i)) / (∏i=1n[(x-a)(i-1)]),其中ai为行列式中第i行第i列的元素7、矩阵公式本文1)矩阵乘法:C=AB,其中Cij=∑AikBkj,k为矩阵乘法的维数本文2)逆矩阵:A^-1=(1/∣A∣)A,其中∣A∣为矩阵A的行列式值,A为矩阵A的伴随矩阵8、向量公式本文1)向量内积:〈a,b〉=a1b1+a2b2+...1、求导法则本文1)链式法则:若f是一个包含x和函数u=u(x),则f' = f'[u(x)] * u'(x)。
考研对泰勒公式的要求
【原创实用版】
目录
1.考研数学对泰勒公式的要求
2.泰勒公式在考研数学中的应用
3.考研数学中泰勒公式的证明要求
4.如何掌握和应用泰勒公式
正文
一、考研数学对泰勒公式的要求
考研数学对泰勒公式的要求较高,尤其是在数学二和数学三的考试中。
泰勒公式是高等数学中的基本概念和思想之一,它解决很多问题的有力工具。
在考研数学中,泰勒公式经常被用于求极限和展开幂级数等问题。
二、泰勒公式在考研数学中的应用
泰勒公式在考研数学中的应用非常广泛,特别是在求极限和展开幂级数等问题中。
泰勒公式可以将函数在一点处展开,从而近似地表示函数的值。
这种展开方式可以帮助我们更好地理解函数的性质,也可以帮助我们在计算中更精确地表示函数。
三、考研数学中泰勒公式的证明要求
在考研数学中,泰勒公式的证明要求并不是很高。
一般来说,只要掌握了泰勒公式的基本思想和方法,就能够轻松地证明泰勒公式。
不过,对于一些具体的应用问题,可能需要对泰勒公式进行进一步的推导和证明。
四、如何掌握和应用泰勒公式
要掌握和应用泰勒公式,首先要理解泰勒公式的基本思想和方法。
其次,要多做练习,尤其是对于一些具体的应用问题,要熟悉泰勒公式的使
用方法。
最后,要注意泰勒公式的适用范围,不要盲目地使用泰勒公式。
考研数学知识点:泰勒公式求极限
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考研数学知识点:泰勒公式求极限
极限是⾼等数学中的最基本概念和基本思想之⼀,也是解决很多问题的⼀种有⼒⼯具,是考研数学每年必考的知识点。
在极限的计算中,泰勒公式是⼀种⼗分有⽤的⼯具,但有些同学在⽤它计算时,经常遇到⼀个问题,就是不知道该将函数展开到第⼏项,展开项数少了会导致计算错误,展开项数多了⼜计算⿇烦,针对这个同学们⽐较关⼼的普遍问题,下⾯⽼师对它做些分析总结,供各位同学参考。
⼀、泰勒公式求极限时应该展开到第⼏项
下⾯对极限计算中的除法运算和加减运算分别进⾏说明。
⼆、典型题型分析
从上⾯的分析总结和典型例题看到,在极限计算中使⽤泰勒公式时,要保证计算的正确性,⽤泰勒展开时必须达到⾜够的精确度,精确度在分式极限计算中是指分⼦和分⺟的阶数基本⼀致,在加减运算的极限计算中是指运算后达到⾸个⾮零项的阶数,在具体题⺫中的运⽤请参考上⾯的例题。
最后,需要说明的⼀点是,泰勒公式只是求极限的⼀种⼯具,求极限时经常需要结合不同的⼯具进⾏计算,如等价⽆穷⼩代换、洛必达法则、恒等变形等,同学们在解题时要灵活运⽤。
版权所有翻印必究 1浅析泰勒公式在求极限中的应用泰勒公式是高等数学中一个非常重要的内容,它可以将一些复杂函数近似的表示为简单的多项式函数,因此应用十分广泛,多用于以下四个方面:1、幂级数的求导和积分可以逐项进行,因此求和函数相对比较容易。
2、泰勒级数可以用来近似计算函数的值,并估计误差。
3、证明不等式。
4、求待定式的极限。
在考研中,多应用于极限的计算和不等式的证明。
而要准确的应用泰勒公式,首先要知道定义,然后要弄清楚泰勒公式应用的方法,本次以其在极限计算中的应用为例讲述。
一、定义泰勒公式是一个将在0x x =处具有n 阶导数的函数()f x 利用关于0x x =的n 次多项式来逼近函数的方法。
若函数()f x 在包含0x 的某个闭区间[,]a b 上具有n 阶导数,且在开区间(,)a b 上具有1n +阶导数,则对闭区间[,]a b 上任意一点x x,成立下式:()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,表示()f x 的n 阶导数,等号后的多项式称为函数()f x 在0x 处的泰勒展开式,剩余的()n R x 是泰勒公式的余项。
二、应用既然泰勒展开后是多项式,那么在应用时就必须弄清楚三点:1.展开的基点2.展开的阶数3.余项的形式 版权所有翻印必究2在极限计算中,余项的形式是佩亚诺(Peano )余项,是0()nx x -的高阶无穷小,即0()()n n R x o x x =-。
而基点和阶数要根据具体的问题来定。
例:求20444lim x x x x →++-解:这题用洛必达上下求导也可以解出来答案,但分子中含有根号,求导后相应也会变复杂,考生如若马虎很容易出错,但用泰勒公式就会方便很多,首先基点取0x =处,展开的阶段,发现分母是2x ,所以泰勒公式展开到二阶即可。
泰勒公式在考研数学的常见应用泰勒公式是高等数学的重要公式,也是考研数学的重要考点,在求极限,中值定理的证明题等方面有着广泛的应用,熟练掌握泰勒公式的几种常见应用对于考研复习是至关重要的,本人结合多年教学经验和考研数学的研究,系统总结了泰勒公式的一些常见应用和解题技巧。
泰勒中值定理:若f(x)在含有x0的某个开区间(a,b)内具有n+1阶导数,则对任一x∈(a,b),有
f(x)=f(x0)+f′(x0)(x-x0)+f″(x0)(x-x0)2+…+f(n)(x0)(x-x0)n+f(n+1)(ξ)(x-x0)n+1
(1)
这里ξ是x0与x之间的某个值。
公式(1)称为f(x)的带有拉格朗日余项的n阶泰勒公式。
若f(x)在x0具有n阶导数,则对任一x∈U(x0,δ),有
(2)
公式(2)称为f(x)的带有佩亚诺余项的n阶泰勒公式。
泰勒中值定理是讨论函数和各级高阶导数之间关系的中值定理,带有拉格朗日余项的泰勒公式具有区间的性质,因此一般用于证明等式或者不等式,带有佩亚诺余项的泰勒公式具有局部的性质,一般用于求极限。
1 利用泰勒公式求极限
若分子、分母是多个同阶无穷小量的代数和,且洛必达法则求解过程复杂时,用泰勒公式求极限。
解题方法和步骤:①展开分母各项,直到合并同类项首次出现不为零的项。
②将分子的各项展开至分母的最低阶次。
③代入后求极限。
例1:计算
分析:“”用洛必达法则计算复杂,考虑用泰勒公式求解。
解:由于
原式
2 利用泰勒公式证明等式或不等式
利用泰勒公式证明问题要全力分析三个问题:
(1)展开几阶泰勒公式。
由泰勒公式知,条件给出n+1阶可导,展开至n阶。
(2)在何处展开(展开点x0)。
展开点x0通常选取导数为零的点,区间的中点,函数的极值点。
(3)展开后x取何值。
通常选取x为区间的端点。
例2:设函数f(x)在闭区间[-1,1]上具有三阶连续的导数,且f(-1)=0,f(1)=1。
f′(0)=0,证明在(-1,1)内至少存在一点[-1,1],使得f″(ξ)=3。
分析:题设中所给条件涉及三阶导数,欲证的结论是三阶导数与函数值间的等式关系,应该利用泰勒公式,而题目中隐含的三点内容。
①因为三阶可导,所以展开至二阶泰勒公式;
②因为f′(0)=0,在x0=0点展开;
③因为题设给出了区间的端点值f(-1)=0,f(1)=1,所以展开后代入端点x=-1,x=1。
证明:将f(x)在x=0处展开成二阶泰勒公式,有
ξ在x与0之间,代入端点x=-1,x=1,则
①ξ1在-1与0之间…
②
ξ2在0与1之间…
②-①得
‴(ξ1)+f‴(ξ2)]
因为f‴(x)在[-1,1]上连续,所以f‴(x)在[ξ1,ξ2]上连续,所以存在最大值M,最小值m:
⟹m≤f‴(ξ1)≤M
m≤f‴(ξ2)≤M
m≤≤M
由闭区间上的介值定理得,存在ξ∈[ξ1,ξ2]⊂[-1,1]使得
f‴
3 利用泰勒公式求高阶导数
利用泰勒公式求高阶导数的步骤;
①写出f(x)在x0处的泰勒公式。
②通过化简或变量替换利用已知泰勒公式间接展开为
f(x)=a0+a1(x-x0)+a2(x-x0)2+…+a n(x-x0)n+…
③根据泰勒公式的唯一性。
例3:求函数f(x)=x2ln(1+x)在x=0处n阶导数。
解:①写出f(x)在x0处的泰勒公式
②利用ln(1+x)的泰勒公式把f(x)间接展开为
③根据泰勒公式的唯一性,有。