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148 2025-07-29
泰勒展开公式中的十个常用公式中,泰勒公式1尤为知名,相信所有上过高数课的同学都对其耳熟能详。即便你未曾出席过任何一堂课,在考前复习的重点中也能找到它的身影。起初,我对它印象颇深,觉得它颇为复杂,且似乎缺乏实际意义,仅仅是一个近似函数罢了。然而,近期重新审视后,我有了新的感悟,希望尽可能地将这些心得详尽地阐述出来。在探讨泰勒公式的具体公式和证明之前,我们首先应当明确其应用领域。通过对其用途的深入理解,我们再回过头去探究其产生的背景和原理,这样的思考过程会更加顺畅。这便是我长时间自学过程中总结出的一条经验。泰勒公式的核心功能在于解决近似计算问题,例如,面对一个看似复杂的方程,直接求解其精确值可能相当困难。因此,我们期望探索一种近似途径,以便得到一个相对接近的数值。基于此,
我们掌握了两个关键点,一是近似的方法,二是近似的精度。我们必须寻找到恰当的近似方法,并且确保近似后的精度在可接受范围内。若不然,一切努力都将失去价值。从实际操作来看,这一点很容易理解,比如在机床加工零件的过程中。众所周知,世间并无完美无瑕的圆形,尽管如此,我们并不追求极致完美,而应确保误差在可接受范围内。泰勒公式亦然,它不仅能实现函数值的近似计算,还能确保结果的精确度。接下来,我们将探讨泰勒公式的定义,在此之前,我们已了解到其用途在于求取函数的近似数值。我们究竟该如何求解呢?实际上,一个相对简单的方法是采用斜率逼近的策略。以一个典型的导数图像为例,通过观察这幅图,我们可以发现,当增量变得越来越小时,点P0与点P之间的斜率逐渐显现。
随着距离的逐渐缩短,这导致Ay与Axf'(xO)之间的接近度越来越高。当然,当Ax的数值较大时,误差自然会相对较大。为了减少这种误差,我们可以考虑使用二阶导数、三阶导数乃至更高阶的导数来进行修正。也就是说,当误差与(x-x0)An的比值趋向于0。我们之前已经提到,我们是通过导数来逐步接近这一值的,因此我们做出以下假设:珊珂)-子尽-尸匈耳5)-严依必,或)“何。
基于这一假设,我们能够轻松地计算出系数,实际上操作起来并不复杂,我们设计系数的方式是确保在求导并相乘后,所有的常数项都能相互抵消。将这两个表达式代入其中,我们能够得到:此值等于十帆加上了龙衍,再减去订仙一唧尸丰,并减去厂泰勒公式的证明所逼近的原值。实际上,上述式子正是泰勒公式的核心所在,也就是说,我们通过高阶导数函数。最终,我们只需证明这个式子就是我们寻求的目标,即其误差非常微小。我们使用函数R(x)来表示P_n(x)与原始函数f(x)之间的差异。由于直接比较存在困难,数学家们运用了一系列复杂且令人惊叹的方法。通过尝试,我们可以发现,R(x0)的值为0,而且,R(利)的值同样如此。
以上所述过程无需证明,我们直接进行求导操作即可得出结果。由于存在X-xO这一项,显而易见,当x等于x0时,便能得到相应的结论。然而,此刻我们需进行一番推测,因为接下来的步骤略显跳跃。即便是在课本中,也并未对此进行详尽的阐述。原因并不复杂,这是因为该步骤需要运用到积分的相关知识。读者目前对积分尚无了解,但鉴于本篇非学术论文,我们可适当放宽要求。实际上,依据前述公式,我们已有几分推测。依照这一规律及我们的证明目标——证明R(x)函数为(x-x0)^5的无穷小,我们推测其可能与(x-x0)^A(n+1)形式相关。在形成这一推测的基础上,我们尝试将柯西中值定理应用于函数f(x)及其导数F'(x)。
我们设定f(x)等于R_n(x),其中F(x)等于(x-xO)乘以A(n+1),运用中值定理后,得到如下结论:基于此结论,我们接着在区间(xO,E1)中对函数R'_n(x)以及(n+1)乘以(x-xO)乘以A_n进行柯西中值定理的应用:这一过程类似于层层嵌套,经过n+1次这样的嵌套操作后,我们得到:对P_n(x)进行n+1次求导,结果为0,因为所有项的次数最多为n,求导至n+1次后,所有项均变为0。也就是说,将此项代入前述公式后,我们将验证:需证实误差R_n(x)是相对于(x-x0)An的一个高阶无穷小量。至此,证明过程变得相对直接,因为在区间(a,b)内,函数M(n+1)(x)显然具有最大值,我
7、们假设这个最大是M。也就是说严1佃)
8月5日,这个被称为佩亚诺型余项的概念,本质上与拉格朗日余项相同,区别仅在于表达方式。若我们设定x0等于0,那么该式子可以进一步简化。鉴于E位于0与x之间,我们可以将E设为0乘以x,从而将原公式改写为:伽=側+厂丽+即歼+讐宀曙铮严(°