
- •1. Производная. Правила дифференцирования
- •2. Таблица производных
- •3. Правила дифференцирования
- •4. Производные высших порядков
- •5. Дифференцирование функций, заданных неявно или параметрически
- •6. Уравнения касательной и нормали
- •7. Дифференциал первого порядка
- •8. Дифференциалы высших порядков. Формула Тейлора
- •9. Раскрытие неопределённостей по правилу Лопиталя
- •Задание 1
- •Задание 8
- •Задание 13
- •Задание 14
- •Задание 15
- •Задание 16
- •Задание 17
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
8. Дифференциалы высших порядков. Формула Тейлора
Дифференциалом
второго порядка d2f(x)
функции
называется дифференциал от дифференциала
,
где
рассматривается как функция от x:
d2f
= d(df)
.
Дифференциалом третьего порядка d3f называется дифференциал от второго дифференциала: d3f = d(d2f); и т.д.
Если
переменная x
является независимой, то d2x
= d3x
= … = 0. В этом случае
,
,...,
,…
Для краткости вместо (dx)n
принято писать dxn;
с учётом этого
.
Если функция определена в некоторой окрестности точки x0 и в этой окрестности имеет производные до (n+1) -го порядка включительно (т.е. дифференцируема (n+1) раз), то справедлива формула Тейлора
,
где
Rn+1
(x)
– остаточный член, являющийся бесконечно
малой величиной при x
x0.
Остаточный член обычно записывают в
виде
в
форме Пеано или в форме Лагранжа
,
где с – некоторое число между x0
и x.
Формула Тейлора допускает и другую
запись через дифференциалы
.
Формулу Тейлора применяют для приближенных вычислений.
Пример 10. С помощью формулы Тейлора найти приближённое значение sin 1 с точностью до 0,001.
Решение.
Введём в рассмотрение функцию
.
Положив x0
= 0, получим
,
где 0 < c < 1 (формула Тейлора с остаточным членом в форме Лагранжа).
Имеем
,
,
,
,
,
…,
.
Для вычисления требуемого значения
нужно взять n
таким, чтобы
,
или
;
.
Это
неравенство достигается при n
= 6 , т.к.7
= 5040 >1000. Поэтому
.
9. Раскрытие неопределённостей по правилу Лопиталя
Теорема.
Пусть функции f(x)
и g(x)
определены и дифференцируемы в каждой
точке некоторой окрестности точки x0,
кроме, может быть, самой точки x0,
и пусть
.
Если
=0
или
и существует
,
то
.
Эта
теорема, называемая правилом Лопиталя,
применяется для раскрытия неопределённостей
вида
или
.
Неопределённости
вида
или
несложным алгебраическим преобразованием
приводятся к неопределённостям вида
или
.
Неопределённости
вида
приводятся к неопределённости вида
с помощью предварительного логарифмирования
или тождества
.
Пример 11. Применяя правило Лопиталя, найти пределы:
а)
; б)
; в)
; г)
;
д)
.
Решение. а) Первый способ. При x1 числитель и знаменатель стремятся к 0, поэтому имеем неопределённость вида . Воспользуемся правилом Лопиталя:
Второй
способ. Неопределённость можно раскрыть
и с помощью формулы Тейлора. Обозначим
,
.
Эти функции определены и дифференцируемы
в окрестности точки x0
= 1. Имеем
,
,
,
,
,
.
Согласно формуле Тейлора с остаточным
членом в форме Пеано,
,
Или
,
.
Поэтому
.
б) Здесь мы имеем неопределённость вида . В данном случае приходится трижды применять правило Лопиталя:
.
в)
Имеем неопределённость вида
.
Обозначим
.
Тогда
,
.Таким
образом,
,
откуда, ввиду непрерывности логарифмической
функции,
,то
есть
.
г)
Воспользуемся тождеством
,
0 < x
< /2.
Ввиду непрерывности показательной
функции
Найдем
:
Итак,
.
д) Имеем неопределённость вида . Переведём эту неопределённость в неопределённость вида и затем воспользуемся правилом Лопиталя:
.
А
так как
,
то
.