Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
vyshaya_matem.pdf
Скачиваний:
85
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
13.06 Mб
Скачать

Часть I. Теория

 

Глава 3. Теория дифференцирования

 

3.3. Правила Лопиталя. Формула Тейлора

 

Меню 3.3.2. Формула Тейлора

Назад Вперёд

3.3.2. Формула Тейлора

В определении функции не говорится о том, при помощи каких средств находятся значения зависимой переменной по значениям . Это нелегко сделать, когда рассматриваются тригонометрические, показательные или логарифмические функции.

Для того, чтобы вычислять значения рассматриваемой функции, приходится заменять ее многочленом ( ) степени , значения которого легко найти с помощью четырех арифметических действий. При определенных условиях приближенно представить функцию ( ) в виде многочлена и дать оценку такого приближения позволяет формула Тейлора.

Теорема 3.11. Если функция ( ) определена в некоторой окрестности точки 0 и имеет в ней производные до ( + 1)-го порядка включительно, то для любого из этой окрестности найдется точка ( 0; ) такая, что справедлива формула

( ) = ( 0) +

( 0)

( − 0) +

′′( 0)

( − 0)2 + . . . +

( )( 0)

( − 0) +

1!

2!

!

( +1)( )

+ ( + 1)! ( − 0) +1. (3.22)

Запишем формулу (3.22) в виде

 

 

 

( ) = ( ) + ( ),

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) = ( 0) +

( 0)

( − 0)+

 

 

 

1!

 

 

 

 

 

 

 

′′( 0)

( )( 0)

 

 

 

 

+

 

 

( − 0)2 + . . . +

 

( − 0) ,

(3.23)

 

 

 

2!

!

Часть I. Теория

 

 

 

Глава 3. Теория дифференцирования

 

 

3.3. Правила Лопиталя. Формула Тейлора

 

Меню 3.3.2. Формула Тейлора

 

 

Назад Вперёд

 

 

 

 

( ) =

( +1)( )

( − 0) +1.

(3.24)

( + 1)!

Определение. Многочлен ( ), определяемый формулой (3.23), называется многочленом Тейлора для функции = ( ) в точке 0.

Определение. Функция ( ), определяемая формулой (3.24), называется

остаточным членом в форме Лагранжа.

Определение. Формула (3.22) называется формулой Тейлора с остаточным членом в форме Лагранжа.

Формула Тейлора (3.22) позволяет заменить функцию ( ) многочленом Тейлора (3.23)

( ) ≈ ( )

спогрешностью, равной значению остаточного члена ( ). Если в формуле (3.22) положить 0 = 0, то получим

( ) = (0) +

(0)

+

′′(0)

 

2

+ . . . +

( )(0)

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1!

2!

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

( +1)

( )

+1

,

(3.25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( + 1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где находится между 0 и .

Определение. Формула (3.25) называется формулой Маклорена.

Часть I. Теория

 

Глава 3. Теория дифференцирования

 

3.3. Правила Лопиталя. Формула Тейлора

 

Меню 3.3.2. Формула Тейлора

Назад Вперёд

Приведем разложения по формуле Маклорена некоторых элементарных функций:

= 1 +

 

 

+

2

+ . . . +

 

+

 

+1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1!

 

 

2!

 

 

!

( + 1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

5

 

 

 

+ (−1)

 

2 +1

 

 

+ (−1) +1

2 +3

sin = −

 

 

 

+

 

 

 

 

− . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

· cos ;

3!

 

5!

 

 

(2 + 1)!

(2 + 3)!

 

 

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2 +2

cos = 1 −

 

+

 

 

 

− . . .

+ (−1)

 

 

 

 

+ (−1) +1

 

 

· cos ;

2!

 

 

4!

(2 )!

(2 + 2)!

 

 

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1

ln(1 + ) = −

 

 

+

 

 

 

− . . .

+ (−1)

 

 

+ (−1) +1

 

 

 

 

;

2

 

 

3

 

 

( + 1)(1 + ) +1

(1 + ) = 1 + +

( − 1)

2 + . . . +

( − 1) . . . ( − + 1)

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

+

( − 1) . . . ( − )(1 + ) − −1

+1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( + 1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3.14. Найти число с точностью 0, 001.

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Воспользуемся формулой (??). Положим в ней = 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1 +

 

+

 

 

+ . . . +

 

 

+

 

 

.

 

 

 

 

 

 

1!

2!

 

!

( + 1)!

Для нахождения числа с точностью 0, 001 определим из условия, что

остаточный член должен быть меньше, чем 0, 001. Так как 0 < < 1,

( +1)!

то < 1 < 3. Поэтому неравенство

( + 1)!

< 0, 001

выполняется, начиная с = 6:

 

 

 

3

 

 

<

= 0, 0006 < 0, 001.

 

 

 

7!

5040

Часть I. Теория

Глава 3. Теория дифференцирования 3.3. Правила Лопиталя. Формула Тейлора

Меню 3.3.2. Формула Тейлора

 

 

 

 

 

 

Назад Вперёд

Получаем приближенное равенство

 

 

 

1

1

1

 

1

 

1

 

 

≈ 1 + 1 +

 

+

 

+

 

+

 

 

+

 

 

2!

3!

4!

5!

6!

≈ 2 + 0, 5 + 0, 1667 + 0, 0417 + 0, 0083 + 0, 0014 = 2, 7181 ≈ 2, 718,

т.е. ≈ 2, 718.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]