鮑培文

(武警特種警察學(xué)院數(shù)理教研室,北京昌平 102211)

泰勒公式與泰勒級數(shù)的異同和典型應(yīng)用

鮑培文

(武警特種警察學(xué)院數(shù)理教研室,北京昌平 102211)

以高等數(shù)學(xué)中泰勒公式、泰勒級數(shù)為基礎(chǔ),探究泰勒公式與泰勒級數(shù)的區(qū)別與聯(lián)系,將一元函數(shù)的泰勒公式推廣到多元函數(shù)的泰勒公式,展現(xiàn)它們的一些應(yīng)用,使泰勒公式與泰勒級數(shù)的內(nèi)容系統(tǒng)化,以便于學(xué)員學(xué)習(xí)1

泰勒公式; 麥克勞林公式; 泰勒級數(shù); 冪級數(shù)

泰勒公式是高等數(shù)學(xué)中導(dǎo)數(shù)應(yīng)用的內(nèi)容之一,在理論研究和數(shù)值計(jì)算中具有廣泛的應(yīng)用,泰勒級數(shù)是函數(shù)項(xiàng)級數(shù)的特例,泰勒公式和泰勒級數(shù)在解決實(shí)際問題中有某些的相似性,但是它們引入不同,因此還是有一定的差異性.由于泰勒公式是通過重復(fù)運(yùn)用柯西中值定理得來的,過程比較復(fù)雜,因此學(xué)員在理解泰勒公式時(shí)對最后要加上一個(gè)需要附加說明的余項(xiàng)感到抽象,難以接受這么一個(gè)有著附加說明,不知道ξ是什么的余項(xiàng).泰勒級數(shù)屬于函數(shù)項(xiàng)級數(shù)中的冪級數(shù),與泰勒公式在近似計(jì)算、極限運(yùn)算、級數(shù)與廣義積分的斂散性判斷等方面有具體應(yīng)用;但是學(xué)員總不會將題目和泰勒公式、泰勒級數(shù)的應(yīng)用聯(lián)系在一起.在沒有理解泰勒公式、泰勒級數(shù)的前提下,寫出常見函數(shù)的泰勒公式、泰勒級數(shù)對學(xué)員來說只是一種機(jī)械行為,沒有任何意義.如何學(xué)好、用好泰勒公式和泰勒級數(shù)呢?本文努力探究泰勒公式與泰勒級數(shù)的區(qū)別與聯(lián)系,將一元函數(shù)的泰勒公式推廣到多元函數(shù)的泰勒公式,展現(xiàn)它們的廣泛應(yīng)用,以便于學(xué)員將高等數(shù)學(xué)中泰勒公式、泰勒級數(shù)的內(nèi)容系統(tǒng)化,為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).

1 一元函數(shù)y=f(x)的泰勒公式與麥克勞林公式

1.1 一元函數(shù)y=f(x)的泰勒公式

當(dāng)f(x)在含有x0的某個(gè)鄰域(a,b)內(nèi)具有直到n+1階的導(dǎo)數(shù),則/x∈(a,b),有

稱(1)式為f(x)按(x-x0)的冪(或在x0處)展開到n階的泰勒公式,稱(2)式為f(x)按(x-x0)的冪(或在x0處)展開的n階泰勒多項(xiàng)式,稱(3)式為泰勒公式的余項(xiàng),也成為拉格朗日型余項(xiàng).

1.2 一元函數(shù)y=f(x)的麥克勞林公式

2 一元函數(shù)y=f(x)的泰勒級數(shù)與y=f(x)展成(x-x0)的冪級數(shù)

2.1 泰勒級數(shù)

2.2 泰勒級數(shù)與泰勒公式的區(qū)別與聯(lián)系

泰勒公式中含有有限多項(xiàng),泰勒級數(shù)中含有無限多項(xiàng),泰勒公式不是泰勒級數(shù),泰勒級數(shù)也不是泰勒公式1

當(dāng)f(x)的各階導(dǎo)數(shù)都存在時(shí),f(x)的泰勒級數(shù)在收斂情況下一定等于f(x);但不論f(x)的泰勒級數(shù)是否收斂,只要f(x)有n+1階導(dǎo)數(shù),就有泰勒公式成立1可見泰勒級數(shù)收斂時(shí),與泰勒公式結(jié)果一致,都是f(x).

2.3 f(x)展成(x-x0)的冪級數(shù)

3 二元函數(shù)z=f(x,y)的泰勒公式

4 泰勒公式與泰勒級數(shù)的應(yīng)用

4.1 泰勒公式與中值定理的關(guān)系

可見,當(dāng)n=0時(shí),y=f(x)的泰勒公式變?yōu)槔窭嗜罩兄刀ɡ?z=f(x,y)的泰勒公式正是二元函數(shù)的中值定理1

4.2 利用泰勒公式、麥克勞林公式對函數(shù)進(jìn)行估值和近似計(jì)算

泰勒公式與泰勒級數(shù)有一定的聯(lián)系,如果函數(shù)可以展成泰勒級數(shù),在收斂域內(nèi)該泰勒級數(shù)與泰勒公式相等,以上泰勒公式的應(yīng)用與泰勒級數(shù)的應(yīng)用相通1泰勒公式與泰勒級數(shù)不僅在微分學(xué)中有重要作用,而且在積分學(xué)及線性代數(shù)的矩陣與行列式中也有一定的應(yīng)用,這部分可以參看文獻(xiàn)[3],[4].

[1]吳建成.高等數(shù)學(xué)[Z].北京:高等教育出版社,2005.

[2]吉米多維奇.數(shù)學(xué)分析題集[Z].北京:高等教育出版社,1984.

[3]張銳,楊海成.泰勒公式在不等式和行列式中的應(yīng)用[J].數(shù)學(xué)教學(xué)研究,2009,(10).

[4]熊燦.討論泰勒公式的綜合應(yīng)用[J].北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2009,(11).

Abstract:Based on the Taylor formula and Taylor series,the paper concludes its difference and connection,spreads Taylor formula fromfunctions of one variable to multiple functions,gives some examples of application,formthe content of Taylor formula and Taylor series into a system so that it's easy to learn.

Key words:Taylor formula; Maclaurin formula; Taylor series; power series

The Taylor Formula and Taylor Series and its Application

BAO Pei-wen
(The Professor of Department of Science,Special Police College,Beijing 102211)

O151.2

A

1671-9743(2011)02-0090-04

2010-12-14

鮑培文(1968-),女,江西南昌人,武警特警學(xué)院教授,碩士,主要研究高等數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、軍事運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)及優(yōu)化理論.