Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Шведенко Начала математического анализа 2011

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
12.11.2022
Размер:
5.86 Mб
Скачать

231

zAME^ANIE 1. aSIMPTOTI^ESKAQ FORMULA tEJLORA OBLA-

DAET SLEDU@]IM SWOJSTWOM EDINSTWENNOSTI.

eSLI DLQ FUNKCII y = f(x) IMEET MESTO ASIMPTOTI^ESKOE

RAWENSTWO

 

 

 

 

;

 

 

0

 

(

,

 

 

 

 

 

 

f(x) = a0 + a1(x;x0)+

+an(x;x0)n+o (x;x0)n

x ! x0

,

TO

W PREDPOLOVENII1

 

^TO FUNKCIQ IMEET W TO^KE x

PRO-

IZWODNU@ PORQDKA n) NEPREMENNO

 

 

 

 

 

 

 

a0 = f(x0) a1

=

f 0

x

 

f(n) x

,

 

 

 

 

 

( 0) : : : an =

( 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

1!

 

n!

 

 

 

 

T. E. \TO ASIMPTOTI^ESKOE RAWENSTWO NA SAMOM DELE ESTX ASIMPTOTI^ESKAQ FORMULA tEJLORA2.

dOKAZATELXSTWO. rEZULXTAT WY^ITANIQ ASIMPTOTI^ESKOJ FORMULY tEJLORA IZ DANNOGO ASIMPTOTI^ESKOGO RAWENSTWA ESTX ASIMPTOTI^ESKOE RAWENSTWO

0 = ;a0 ;f(x0) + ;a1 ; f 0(x0) (x;x0) + +

1!

+;an ; f (n)(!x0) (x;x0)n +o;(x;x0)n x ! x0 , n

PEREHOD W KOTOROM K PREDELU PRI x ! x0 DAET: a0 ;f(x0) = 0. pOSKOLXKU (x ;x0) OKAZYWAETSQ OB]IM MNOVITELEM PRAWOJ ^ASTI, SOKRA]ENIE NA NEGO PREOBRAZUET RAWENSTWO W

0 =

 

a1 ;

f 0

(x0)

 

+ +

 

 

 

 

 

 

 

 

1!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

f

(n) x

(x;x0)

n;1

+o;(x;x0)

n;1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

+;an ;

 

n!

 

x ! x0 ,

TAK ^TO (KAK POKAZYWAETSQ PEREHOD K PREDELU PRI x

!

x0 )

 

 

0

(x0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a1 ;

f

= 0, A SLEDOWATELXNO, (x ;x0) OPQTX OKAZYWAETSQ

 

 

1!

OB]IM MNOVITELEM PRAWOJ ^ASTI I T. D. nA n-M [AGE POLU-

 

 

 

 

 

f (n) x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^A@T: an ;

 

(

0)

= 0, Q.E.D.

 

 

 

 

 

 

n!

 

 

 

 

 

 

 

1 |TO SU]ESTWENNOE PREDPOLOVENIE (SM. ZAME^ANIE 3 NIVE). 2 pERWYM NA \TOT FAKT UKAZAL mAKLOREN ([47], S. 610{611).

232

 

zAME^ANIE 2

. oBOZNA^ENIQ f(x) ;f(x0) = Mf , x ;x0 = Mx

 

 

 

 

PRIDA@T ASIMPTOTI^ESKOJ FORMULE tEJLORA WID

 

 

 

 

 

 

Mf x

f 0 x

 

Mx

 

f 00

x

Mx 2

 

f(n) x

 

 

 

 

o Mx n

 

 

0)

+

 

( 0)

 

(

0) Mx n

 

 

 

,

( ) =

(

 

 

 

 

 

 

 

2!

( ) + +

n!

 

 

( ) +

( )

 

ILI, ^TO TO VE SAMOE,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

M

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

+

 

 

1

n

 

M

n

PRI

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) = df +

 

2! d f

+ n! d f + o

( x)

 

 

 

x ! 0.

 

 

 

 

zAME^ANIE 3

. wYPOLNENIE (W TEH VE OBOZNA^ENIQH) ASIMP-

TOTI^ESKOGO RAWENSTWA

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mf

=

a

Mx

+

 

a Mx n

+

o Mx n Mx

! 0,

 

 

 

 

 

 

1

 

 

+ n( )

( )

 

 

 

 

OBESPE^IWAET SU]ESTWOWANIE U FUNKCII y

 

 

f x

W TO^KE x

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

= ( )

 

 

 

 

LI[X PERWOJ PROIZWODNOJ I PERWOGO DIFFERENCIALA1, TOG- DA KAK SU]ESTWOWANIE W \TOJ TO^KE WTOROJ PROIZWODNOJ I WTOROGO DIFFERENCIALA (RAWNO KAK I SLEDU@]IH) NE GARAN- TIROWANO. pODTWERVDAET \TO PRIMER FUNKCII

 

def

 

+ a1(x;x0) + a2(x;x0)2 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) = a0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

(x;x0)3 ESLI x | RACIONALXNOE ^ISLO

 

 

 

 

 

 

 

(

 

0

 

 

 

ESLI x | IRRACIONALXNOE ^ISLO

DLQ KOTOROJ (PRI L@BOM WYBORE ^ISEL a0 a1 a2 )

WYPOLNQ-

ETSQ ASIMPTOTI^ESKOE RAWENSTWO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mf

=

a

Mx

+

a

 

Mx 2

+

o

Mx 2

Mx

! 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2( )

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

0) = lim

Mf

 

=

a

1

I DIF-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NO KOTORAQ IMEET PROIZWODNU@ f 0 x

 

Mx!0 Mx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

FERENCIAL df = a1 Mx TOLXKO W TO^KE x0 ,2

sLEDUET POD^ERK-

 

:

 

2(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

:

 

 

 

 

-

NUTX

 

a

Mx 2 W DANNOM SLU^AE | \TO NE

 

d2f

 

RASSMATRI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2!

 

 

 

 

 

 

 

 

WAEMAQ FUNKCIQ NE IMEET W TO^KE x0 (KAK I W L@BOJ DRUGOJ

TO^KE) NI WTOROJ PROIZWODNOJ, NI WTOROGO DIFFERENCIALA.

pRI x0 = 0 ASIMPTOTI^ESKAQ FORMULA tEJLORA IMEET WID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 pRI \TOM f

0 x

 

 

a

df

a Mx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 0) =

1

 

 

 

 

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 w L@BOJ DRUGOJ TO^KE x \TA FUNKCIQ NE QWLQETSQ NEPRERYWNOJ, A POTOMU (S. 187) NE IMEET PROIZWODNOJ.

 

 

 

 

 

 

 

 

233

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f 0(0)

 

f(n)(0)

n

;

n

 

 

 

f(x) = f(0)+

1!

x + +

n! x

 

+ o x

 

PRI x ! 0

 

I ^A]E NAZYWAETSQ ASIMPTOTI^ESKOJ FORMULOJ mAKLORENA

(SM. S. 227).

tAK VE, KAK I BOLEE OB]AQ FORMULA tEJLORA, \TO NA SAMOM DELE NE ODNA FORMULA, A (W SLU^AE, ESLI FUNKCIQ y = f(x) IMEET W TO^KE

0 PROIZWODNYE WSEH PORQDKOW) POSLEDOWATELXNOSTX WSE BOLEE TO^NYH

(NO I WSE BOLEE GROMOZDKIH) ASIMPTOTI^ESKIH FORMUL:

f(x) = f(0)

+f 0

(0)x + o(x)

(FORMULA 1-GO PORQDKA),

f(x) = f(0)

+f 0

(0)x + f 00(0) x2 + o(x2)

(FORMULA 2-GO PORQDKA) ,

 

 

2!

 

 

f(x) = f(0)+f 0(0)x+ f00(0) x2 + f000(0) x3

+o(x3) (FORMULA 3-GO PORQDKA),

 

 

2!

3!

 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(WSE PRI x !0).

pQTX GLAWNYH ASIMPTOTI^ESKIH RAZLOVENIJ

wAVNEJ[U@ ROLX W ANALIZE I EGO PRILOVENIQH IGRA-

@T SLEDU@]IE ASIMPTOTI^ESKIE FORMULY mAKLORENA (ILI, KAK E]E GOWORQT, ASIMPTOTI^ESKIE RAZLOVENIQ):

exp x = 1+

x

+

x2

+ +

xn

+ o(xn),

 

 

 

1!

2!

n!

 

 

 

 

x3

 

 

 

x5

 

 

 

x7

 

 

n

x2n+1

 

 

 

2n+2 1

sin x = x;

3!

+ 5!

; 7!

 

+ + (;1) (2n+1)!

+o(x

) ,

 

x2

 

 

 

x4

 

 

 

x6

 

 

 

n

x2n

 

 

2n+1 1

cos x = 1;

2!

+ 4!

; 6!

 

+ + (;1) (2n)! +o(x

 

) ,

 

 

 

x2

 

 

x3

 

x4

 

 

 

 

n;1

xn

 

 

n

ln(1 + x) = x; 2

+ 3

; 4

+ + (;1)

 

n + o(x ),

(1+x) = 1+ x+

(

;1) x2+

 

+

(

;1) (

 

;

+1) xn+o(xn).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

1

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

1 2 n

 

1 tAK KAK MOVNO S^ITATX, ^TO PRED[ESTWU@]IJ MNOGO^LEN QWLQET- SQ DLQ DANNOJ FUNKCII MNOGO^LENOM mAKLORENA PORQDKA, NA EDINICU BOLX[EGO, ^EM STEPENX \TOGO MNOGO^LENA.

234

pRIMEROM IH PRIMENENIQ MOVET SLUVITX NAHOVDENIE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

GLAWNOJ ^ASTI FUNKCII y = sin(sin x)

; xp1; x2 PRI x ! 0,

SWODQ]EESQ (SM. S. 177) K OTYSKANI@ TAKIH ^ISEL c I , ^TO

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

sin(sin x);xp1;x2

= 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x!0

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pRIMENQQ WTOROE I POSLEDNEE IZ PQTI GLAWNYH ASIMPTO-

TI^ESKIH RAZLOVENIJ, OGRANI^IWAQSX PRI \TOM STEPENQMI

x, NE WY[E TRETXEJ, MOVNO PRIJTI K SLEDU@]IM:

 

sin(sin x) = sin x ;

(sin x)3

(sin x)3

 

 

 

 

 

 

 

 

3!

 

+ o

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

3

 

 

 

 

 

 

x

 

o x

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x

 

x3!3

 

+o(x3)

( ;+

 

 

 

 

+o x3 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

3

 

;

x3

3!

3

 

 

 

; x3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x

;

3!

 

+o(x

)

; 3!

+o(x

 

) = x ; 3

+o(x

),

 

 

 

 

;

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

xp1 ; x2

= x

 

1+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13 (;x2) + o(x2) = x; x3 +o(x3).

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sTANOWITSQ QSNO, ^TO WZQTOJ TO^NOSTI ASIMPTOTI^ESKIH RAZLOVENIJ (DO TRETXEJ STEPENI x) DLQ RE[ENIQ DANNOJ ZADA^I OKAZYWAETSQ NEDOSTATO^NO. pOWY[ENIE IH TO^NOSTI DO PQTOJ STEPENI x PRIWODIT K SLEDU@]IM:

sin(sin x) = sin x ;

(sin x)3

 

+

(sin x)5

+o (sin x)5

 

=

 

 

 

 

 

 

3!

 

 

 

 

5!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

x

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

 

 

 

 

 

x3

 

+o(x3))3

 

 

 

x

 

 

o x 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( +

 

 

( ))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

);

 

 

;

3!

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

= x; 3! + 5! +o(x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3!

 

 

 

+

 

 

5!

 

 

 

 

 

 

+o x

 

=

 

 

 

 

 

3

 

 

 

x

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

3

 

x5

+ o(x5) x5

+

o x5

)

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x;

x

+

 

 

+o(x5);

 

 

 

 

 

; 3!3!

 

 

+

 

 

(

 

 

 

+o(x5) =

3!

 

5!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x

;

x3

+

 

x5

+o(x5),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

(

 

 

 

2

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xp1

;

x2

 

= x 1+

 

(

 

x2)+

;

3

 

 

x4

+ o(x4) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x

 

x

3

 

;

x

5

+ o(x5),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

3

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(sin x) ; xp1 ; x2 =

+ o(x5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oKON^ATELXNO: ISKOMAQ GLAWNAQ ^ASTX ESTX

 

19

x5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

 

 

 

235

fORMULA tEJLORA S OSTATKAMI W ZAPISI lAGRANVA I kO[I

oSTATKOM FORMULY tEJLORA NAZYWA@T RAZNOSTX MEVDU FUNKCIEJ I EE MNOGO^LENOM tEJLORA (TOGO ILI INOGO PORQD-

KA n):

 

 

f 0(x )

 

 

 

 

 

f(n)(x )

 

 

 

def

 

 

 

 

 

 

 

 

rn(x;x0) =f(x); f(x0) +

1!0 (x;x0) +

+

n! 0 (x;x0)n .

aSIMPTOTI^ESKAQ FORMULA tEJLORA

(SM. S. 229)

UTWERV-

DAET1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^TO WELI^INA

r x

x

PRI x

!

x

 

STREMITSQ K NU

-

,

 

n(

n;

0)

 

 

0

 

 

 

L@ BYSTREE, ^EM (x ;x0) , NO NE DAET NIKAKOJ INFORMACII O KONKRETNYH ZNA^ENIQH \TOJ WELI^INY W OTDELXNO WZQTYH

TO^KAH x 6=x0 . pOLU^ITX TAKU@ INFORMACI@ POZWOLQET SLE-

DU@]AQ FORMULA tEJLORA S OSTATKAMI W ZAPISI lAGRANVA I kO[I.

eSLI FUNKCIQ y = f(x) IMEET PROIZWODNU@ PORQDKA n + 1

NE TOLXKO W TO^KE x0 , NO I W NEKOTOROJ EE OKRESTNOSTI, TO

DLQ L@BOGO (OTLI^NOGO OT x0) ZNA^ENIQ x IZ \TOJ OKREST-

NOSTI IMEET MESTO FORMULA tEJLORA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f 0

x

0)

 

 

 

 

 

 

 

 

f(n) x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) = f(x0)+

 

(

(x;x0) + +

 

 

 

(

0)

(x;x0)n + rn(x;x0)

 

1!

 

 

 

 

n!

 

 

S

OSTATKOM

rn(x ;x0) W ZAPISI:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

f(n+1)(c)

 

 

 

 

n+1

,

 

 

 

 

LIBO

lAGRANVA

 

 

rn(x;x0) = (n+1)!

(x;x0)

 

 

GDE c |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NEKOTOROE ZNA^ENIE, PROMEVUTO^NOE MEVDU x0 I x,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(n+1)

x

 

x

 

x

0))

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

0+

(

 

;

 

 

 

n

 

 

 

n+1

,

LIBO

kO[I

 

r

x

;

x

0) =

 

 

n!

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x

0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1; ) ( ;

 

 

GDE 0 < < 1.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 w PREDPOLOVENII

,

 

 

 

 

 

 

 

=

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

^TO FUNKCIQ

y

 

f x

 

IMEET W TO^KE

x

 

PROIZ-

WODNU@ PORQDKA n.

2 wPERWYE WSTRE^A@]EJSQ U lAGRANVA ([44], S. 68). 3 pREDLOVENNOJ kO[I ([35], S. 259{260).

4 dOPOLNITELXNOJ INFORMACII O ZNA^ENIQH c I NET.

236

dOKAZATELXSTWO1. pUSTX x x 6=x0 | PROIZWOLXNO WZQTOE, NO FIKSIROWANNOE ZNA^ENIE PEREMENNOJ IZ TOJ OKRESTNOSTI TO^KI x0 , W KOTOROJ FUNKCIQ IMEET PROIZWODNU@ PORQDKA n+1. oBOZNA^AQ z PEREMENNU@, PROBEGA@]U@ OTREZOK I S KONCEWYMI TO^KAMI x0 I x, WWODQT WSPOMOGATELXNU@ FUNK- CI@ y = '(z), KONSTRUIRUEMU@ PUTEM ZAMENY W OPREDELENII

OSTATKA TO^KI x0 NA PEREMENNU@ z :

f 0(z) f(n)(z) n

'(z) = f(x) ; f(z) + 1! (x;z) + + n! (x;z)

POLAGA@T TAKVE (z) = (x ; z)p, GDE p MOVET BYTX L@BYM NATURALXNYM ^ISLOM. pOSKOLXKU OTREZOK I PRINADLEVIT

TOJ OKRESTNOSTI TO^KI x0 , W KOTOROJ FUNKCIQ y = f(x) PO PREDPOLOVENI@ IMEET PROIZWODNU@ PORQDKA n + 1, DLQ

PARY FUNKCIJ y = '(z) I y =

(z) WYPOLNENY (DAVE S IZ-

BYTKOM) USLOWIQ TEOREMY kO[I (SM. S. 214): OBE FUNKCII

IME@T PROIZWODNYE '0(z) I 0

(z) W L@BOJ TO^KE OTREZKA I ,

PRI^EM 0(z) 6= 0WO WSEH WNUTRENNIH TO^KAH z \TOGO OTREZ- KA. sOGLASNO \TOJ TEOREME DLQ NEKOTOROJ WNUTRENNEJ TO^-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' x

' x

 

'0

c

KI c OTREZKA I WYPOLNQETSQ RAWENSTWO

( )

( 0)

= 0

( )

x ;

 

 

x

c . nO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( );

( 0)

 

 

( )

PO SAMOMU OPREDELENI@ FUNKCIJ y = '(z) I y =

(z) LEWAQ

^ASTX \TOGO RAWENSTWA ESTX 0 ;

r

 

x

;

x

0p) , A S U^ETOM TOGO, ^TO

 

n(

 

 

 

0

000 ; ( ; 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'0(z) = ; f(z)+ f1!(z)(x;z)+ f 2!(z)

(x;z)2 + + f

(n)

 

 

 

n!(z)(x;z)n 0=

 

 

00

 

 

 

 

000

 

 

 

 

 

00

 

 

= ;f 0(z) ; f

1!(z) (x;z) +f 0(z) ; f 2!(z) (x;z)2 + f

2!(z) 2(x z);

;

f (n+1)(z)

(x; z)n +

f (n)(z)

n(x z)n;1 =

 

 

 

n!

 

n!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ; f

(n+1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n! (z) (x; z)n

1 wZQTOE U g. m. fIHTENGOLXCA ([24], S. 255{257), ISPOLXZOWAW[EGO, W SWO@ O^EREDX, RASSUVDENIQ I OBOZNA^ENIQ kO[I ([35], S. 259{261).

237

 

0

 

 

 

 

p 0

 

 

 

;p(x ; z)

p

;1

 

 

 

 

 

 

 

I

 

(z) =

(x ; z)

 

=

 

 

, EGO PRAWAQ ^ASTX ESTX

f(n+1)

c

 

; n;p+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' x

' x

 

'0

c

 

n

( )

(x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

( 0)

=

0

( )

 

p

 

c)

. w REZULXTATE RAWENSTWO

x ;

x

 

c

 

!

 

 

;

 

r

x

 

 

x

 

f(n+1)

c

 

 

( ); ( 0)

 

 

( )

PRIOBRETAET WID

 

n( ;

 

0p) =

 

 

 

 

( )

(x

;

c)n;p+1, ILI, ^TO TO

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

;

x

0)

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

VE SAMOE,

 

 

x

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rn(x;x0) =

 

f(n+1)(c)

(x

;c)n;p+1(x ;x0)p:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!p

 

 

 

 

 

tAK KAK NA WYBOR NATURALXNOGO ^ISLA p DO SIH POR NE

BYLO NIKAKIH OGRANI^ENIJ, MOVNO WZQTX p = n+1, PRIHODQ K

 

 

 

 

 

(n+1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RAWENSTWU rn(x;x0) = f(n+1)!(c) (x;x0)n+1 | ZAPISI lAGRANVA

OSTATKA FORMULY tEJLORA S DRUGOJ STORONY, WZQW p = 1,

PRIHODQT K RAWENSTWU rn(x;x0) =

f(n+1)(c)

(x;c)n(x;x0), RAW-

 

n!

x

 

 

 

 

 

 

f(n+1) x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

NOSILXNOMU1 r x

x

0) =

( 0

+

( ;

0))

n x

x

 

n+1

 

 

 

n( ;

 

 

 

n!

 

 

 

 

(1 ; ) ( ;

0) ,

T. E. ZAPISI kO[I OSTATKA FORMULY tEJLORA.2 Q.E.D.

 

 

w WAVNEJ[EM DLQ PRILOVENIJ SLU^AE x0 = 0 USTANOWLEN-

NAQ FORMULA tEJLORA PEREHODIT W FORMULU mAKLORENA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

(n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) = f(0)+ f 1!(0) x +

 

+ f n!(0) xn + rn(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OSTATKOM

rn(x) W ZAPISI

 

 

 

 

 

 

 

 

f(n+1)(c)

 

n+1

S

lAGRANVA

 

rn(x) =

(n+1)!

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c | NEKOTOROE ZNA^ENIE, PROMEVUTO^NOE MEVDU 0 I x),

 

 

 

f(n+1)( x)

n

n+1

(0 < < 1).

LIBO W ZAPISI

kO[I

 

rn(x) =

n!

(1; )

x

 

1 s U^ETOM TOGO, ^TO L@BOE ^ISLO c, PROMEVUTO^NOE MEVDU x0 I x, PREDSTAWIMO W WIDE c = x0 + (x;x0), GDE 0< < 1.

2 pEREBIRAQ DRUGIE ZNA^ENIQ p, MOVNO PRIJTI K DRUGIM FORMAM ZA- PISI OSTATKA, ODNAKO ONI NE IME@T ZAMETNOGO PRIMENENIQ W ANALIZE.

238

nAGLQDNYM PRIMEROM EE PRIMENENIQ MOVET SLUVITX OCEN-

KA POGRE[NOSTI PRIBLIVENNYH FORMUL

 

 

 

 

 

 

cos x 8

1

 

 

 

x2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

; x22

x4 NA OTREZKE

;

 

6 x 6

 

.

 

 

 

 

2

2

<1;

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

24

 

 

 

 

 

 

pOSKOLXKU 1

 

 

 

x2

QWLQETSQ DLQ FUNKCII

y = cos x MNO-

 

 

2

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GO^LENOM mAKLORENA KAK PORQDKA 2, TAK I PORQDKA 3, FOR-

MULA mAKLORENA S OSTATKOM W ZAPISI lAGRANVA POZWOLQET

4!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos000 c

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PREDSTAWITX RAZNOSTX cos x

;

1

;

 

 

 

 

 

I KAK

 

 

 

 

x

, I KAK

 

cos

IV

c

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

, GDE ZNA^ENIE c (A ONO W OBOIH SLU^AQH NE OBQZA-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TELXNO ODNO I TO VE) ZAKL@^ENO MEVDU

0 I x. pOGRE[NOSTX

 

 

 

 

 

 

 

cos x

;

1

;

 

x2

 

 

 

PRIBLIVENNOJ FORMULY cos x

 

1

;

 

x2

 

 

jxj6

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

sup

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OCENIWAETSQ;SWERHU W PERWOM SLU^AE WELI^INOJ

 

1

 

 

 

 

3, A WO

 

3!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

4

WTOROM | PRIMERNO W DWA S POLOWINOJ RAZA MENX[EJ

 

 

 

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

4!

 

 

pODOBNYM OBRAZOM RASSMATRIWAQ 1;

x2

+

x4

 

KAK MNOGO^LEN;

2

 

24

mAKLORENA 4-GO I ODNOWREMENNO 5-GO PORQDKOW DLQ FUNKCII

5!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

x2

 

 

 

x4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = cos x I PREDSTAWLQQ RAZNOSTX

cos x

 

1

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

I KAK

 

cos

V

c

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

VI

c

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

; 2

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

,

I KAK

 

 

 

 

 

x

, MOVNO OCENITX POGRE[NOSTX PRI-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BLIVENNOJ FORMULY cos x 1;

 

x2

+

 

x4

 

DLQ ;

 

6 x

6

 

 

 

KAK

2

24

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WELI^INOJ

 

 

 

 

5

, TAK I PO^TI W^ETWERO MENX[EJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5!

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6!

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fORMULA mAKLORENA S OSTATKOM (I W ZAPISI lAGRANVA,

I W ZAPISI kO[I) MOVET SLUVITX OSNOWOJ DLQ POLU^ENIQ RAZLOVENIJ mAKLORENA1 | PREDSTAWLENIQ FUNKCIJ W WIDE SUMMY WSEH STEPENEJ x (STEPENNOGO RQDA)

 

0

(n)

f(x) = f(0)+ f

1!(0) x + + f n!(0) xn +

1 ~EM IZNA^ALXNO I ZANIMALSQ mAKLOREN (WSLED ZA tEJLOROM).

239

a IMENNO, ESLI DLQ KAKOJ-TO FUNKCII y = f(x), IME@]EJ PRI x = 0 PROIZWODNYE WSEH PORQDKOW, UDAETSQ USTANOWITX,

^TO OSTATKI FORMULY mAKLORENA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r1(x) = f(x)

 

f(0)+ f 1!(0) x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

2

x

f x

;

f

(0)+

f 0(0) x

 

f 00(0) x2

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) =

( )

;

 

 

1!

 

 

+

2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

 

 

 

 

 

 

rn(x) = f(x)

 

 

f(0)+

f 0(0)

x +

+

f(n)(0)

xn

,

 

 

 

 

 

1!

 

 

n!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . .

 

 

 

. . . . . . . . .;. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

 

 

DLQ NEKOTOROGO KONKRETNOGO ZNA^ENIQ x

6= 0(ILI MNOVEST-

WA TAKIH ZNA^ENIJ) OBRAZU@T BESKONE^NO MALU@ POSLEDOWA-

TELXNOSTX1 rn(x) , T. E.

lim

rn(x) = 0, A SLEDOWATELXNO,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) =

 

f(0)+

f

0(0)

x +

f 00(0)

x

2

+

 

+

f(n)(0)

x

n

,

lim

 

 

1!

2!

 

 

n!

 

 

 

 

n!+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TO POSLEDNEE RAWENSTWO ZAPISYWA@T W WIDE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0(0)

 

 

f 00(0)

 

 

 

 

 

 

f(n)(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

2

+

 

 

 

n

 

 

 

f(x) = f(0)+

1!

x+

2!

 

 

x

+

 

n!

 

x +

 

 

I NAZYWA@T RAZLOVENIEM mAKLORENA FUNKCII y = f(x) DLQ DANNOGO KONKRETNOGO ZNA^ENIQ (ILI MNOVESTWA ZNA^ENIJ) PE- REMENNOJ x.

kAK OBRA]ATXSQ S RAZLOVENIQMI mAKLORENA, IZU^A@T W RAZDELE ANALIZA \sTEPENNYE RQDY". zDESX VE NA PRIMERE WYWODA PQTI GLAWNYH RAZLOVENIJ mAKLORENA BUDUT PRODE-

MONSTRIROWANO, W KAKIH SLU^AQH KAKOJ IZ OSTATKOW FORMULY mAKLORENA | W ZAPISI lAGRANVA ILI kO[I | OKAZYWAETSQ BOLEE \FFEKTIWNYM.

1. dLQ FUNKCII y = exp x FORMULA mAKLORENA S OSTATKOM

W ZAPISI lAGRANVA PRINIMAET (PRI L@BOM x

=)0WID

 

x x2

 

xn

exp( +1)c6n+1

 

exp x = 1+

 

+

 

+ +

 

+

n

 

,

 

 

 

(n+1)! x

 

1!

2!

n!

 

1 pRIMER TOGO, ^TO TAK BYWAET NE WSEGDA, PRIWEDEN NA S. 244.

240

GDE ZNA^ENIE c (ZAWISQ]EE OT x I OT n) LEVIT MEVDU 0 I x,

MOVNO SDELATX1

WYWOD: exp(n+1) c xn+1

< exp jxj x n+1

 

 

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n+1)!

 

 

(n+1)!

j j

n!+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;!

 

A PO\TOMU (WWIDU PROIZWOLXNOSTI WYBORA ZNA^ENIQ x) DLQ

L@BOGO x

2

(

;1

+

1

) WYPOLNQETSQ RAWENSTWO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

n

 

 

 

 

 

 

exp x =n!lim+1;1+

x

+

x

+

+

x

,

 

 

 

 

 

 

1!

2!

n!

 

 

 

 

T. E. IMEET MESTO RAZLOVENIE mAKLORENA \KSPONENTY

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp x = 1+

x

+

x2

+ +

xn

+ ,

;1< x < +1

.

 

 

1!

2!

n!

 

2. tAK KAK sin(2k) x = (;1)k sin x, A sin(2k+1) x = (;1)k cos x,

MNOGO^LEN mAKLORENA PORQDKA 2n+2 DLQ FUNKCII y = sin x

 

 

x3

 

 

 

x5

n x2n+1

 

 

 

 

 

ESTX x;

 

+

 

 

 

; + (;1)

 

 

 

, A POTOMU PRIMENENIE

3!

5!

(2n+1)!

FORMULY mAKLORENA S OSTATKOM W ZAPISI lAGRANVA DAET:

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

x5

 

 

 

x2n+1

 

( 1)n+1 cos c

 

 

 

sinx = x;

 

 

+

 

 

;

+ (;1)n

 

 

 

+

;(2n+3)!

x2n+3,

3!

5!

(2n+1)!

GDE DLQ PROIZWOLXNO WZQTOGO ZNA^ENIQ x ZNA^ENIE c QWLQETSQ

PROMEVUTO^NYM MEVDU 0 I x TAK KAK1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(;1)n+1 cos c

x2n+3 6

jxj2n+3

 

 

0,

 

 

 

 

 

 

 

(2n+3)!

 

 

(2n+3)!

n!+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;!

 

 

 

SPRAWEDLIWO RAZLOVENIE mAKLORENA SINUSA:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

x5

 

n x2n+1

 

 

 

 

.

 

sin x = x;

 

+

 

; +(;1)

 

+ ;1< x<+1

 

3!

5!

(2n+1)!

3. tAK VE, KAK \TO BYLO PRODELANO DLQ SINUSA, IZ FOR-

MULY mAKLORENA S OSTATKOM W ZAPISI lAGRANVA WYWODITSQ RAZLOVENIE mAKLORENA DLQ KOSINUSA:

2

4

 

2n

 

cos x = 1;

x

+

x

; +(;1)n

x

+ ;1< x<+1

.

2!

4!

(2n)!

n

1 s U^ETOM TOGO, ^TO jxnj! PRI L@BOM x ESTX BESKONE^NO MALAQ

POSLEDOWATELXNOSTX (SM. S. 79).

2 ~TO NE QWLQETSQ NOWOSTX@ (SM. S. 96).