当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第五章 导数应用 > 第五节 Taylor 公式 > Taylor公式的应用(二)
接下来我们再讨论几个题目
来看一下泰勒公式在处理一些函数性质时它的应用
也就是利用泰勒公式研究函数的简单性质
比如我们看第一个例题
第一个例题是这样说的
说我假设这个函数f(x)在x0处具有n阶导数
且f'(x0)与f''(x0)
实际上一直到它的n减1阶导数它都等于0
但是它的n阶导数是不等于0的
这时候我们的结论是
则n如果是个奇数
那么x0就不是函数的极值点
非极值点
如果n是个偶数
那么x0就是函数的极值点
如果这个结论我们证明了之后
实际上也顺便回答了在前面我们讨论极值问题时
曾经提到的一个问题
说如果在驻点的地方
也就是一阶导数等于0的地方
二阶导数又等于0了怎么办
那通过这个例题我们知道
二阶导数等于0没关系
你可以看它的三阶导数、四阶导数等等
那我们来证一下这个结论
因为函数在这一点有n阶导数
大家知道这个题目自然就要用泰勒公式
为什么这样说
因为它显然是给出了x0这一点的n阶导数或者叫各阶导数
让我们来问一问函数在这一点附近的函数值
与这一点函数值之间的关系
所以说我们就利用带有皮埃诺型余项的泰勒公式
那么这两个函数值之差当然应该就等于
一阶导数在这点的值乘上(x减x0)
加上二阶导数
一直加到n减1的阶乘分之一
它的n-1阶导数在这点的值乘上(x减x0)的n减1次方
再加上n的阶乘分之一
n阶导数在这点的值
再乘上x减x0的n次方
再加上小o(x减x0)的n次方
也就是说写出带有皮埃诺型余项的泰勒公式
那么在我们这个题目中的条件下
这一项等于0
这一项等于0
一直到n-1次方都等于0
那剩下的应该就是n次方不等于0
也就是n阶导数对应的项是不等于0的
那大家看一下这个公式我们做个变形
也就是f(x)减掉f(x0)再除上x减x0的n次方
这个应该就等于n的阶乘分之1
f的n阶导在x0这点的值
再加上o(x减x0的n次方)
再除上x减x0的n次方
因为在x趋向于x0时
这个极限是0
所以这个比值的极限自然就是这个值
这个值大家看一下
就是说
如果x的n阶导在这点不等于0时
那么比如说它就是大于0
它如果大于0的时候
说明这个分式在x0附近是大于0的
这个时候如果n是偶数的时候
分母永远是大于0的
说明分子也永远是大于0的
这说明f(x0)就是它的极小值
如果这个n是偶数
n阶导不等于0的时候
这个东西小于0
小于0说明这个比值在x0附近都是小于0的
都是小于0
如果n是偶数的时候
分母是大于0的
整个商小于0
说明分子永远是小于0的
这个时候
就说它应该是极大值
所以说如果n是偶数的时候
当n阶导数大于0
那么它应该是极小值
n阶导数小于0
它应该是极大值
当然这句话的前提是它的1阶导到n减1阶导都等于0
回过头来大家看
如果n是奇数的时候
如果它的n阶导数不等于0
比如说它的n阶导数是大于0的
这个时候这个分式是大于0的
但是这个分母在n是奇数的情况下
当x小于x0
和x大于x0
它符号是变化的
这意味着f(x)减f(x0)的符号也是变化的
所以说这个时候f(x0)不可能是它的极值
类似的如果n是奇数时
这个n阶导数小于0
因为这个比值它要小于0
而分母在x小于x0和x大于x0时
它的正负号是变化的
那么也意味着它的分子在x小于x0
和x大于x0时
正负号也是变化的
这仍然说明f(x0)不是它的极值
那这个例题的结论也是我们利用在一点的各阶导数值
判断这一点是否是极值点的一个常用方法
有了泰勒公式之后
我们利用泰勒公式就对这个结论给出了一个简单的证明
这是我们说的第一道例题
接下来第二道例题
我们来看这道题目
这道题目就是说
如果f(x)在负无穷到正无穷上具有三阶导数
且f(x)与f三撇(x)是有界的
那我们来证明一下这个结论
则f'(x),f''(x)也有界
实际上这个问题也是一个一般的结论
但是在微积分里面
这个结论我们在处理有关具体题目时
可能很少用到它
但现在我们有了泰勒公式之后
我们就把它作为一个问题
看看有了泰勒公式之后
我们能不能处理这个问题
这个题目大家看
这里面你一看就知道函数值一阶导 二阶导 三阶导都出现了
要想把这几个量用一个关系式联系起来
那只有泰勒公式
有泰勒公式的时候
因为它这个地方
有界是一个整体性质
实际上我们在讨论的时候
不应该限定在哪一点做展开
所以我们一般做的时候应该是这个样子
也就是说首先想到f(x加上比如说h)
应该就等于f(x)加上f'(x)乘上h
再加上2分之1两阶导(x)乘上h的二次方
这个地方
因为我们要做估计
所以我们要用定量的余项
也就是3的阶乘分之一
也就是6分之一
三阶导在某一点的值再乘上h的三次方
这样我们就通过一个等式把我们这里面碰到的函数值
以及到三界导数值都联系起来了
当然这样联系起来就有个问题
什么问题
因为你相当于要证两个量满足某种性质
光用一个条件显然是不够的
另外一个大家注意
这个地方h尽管我们可以确定
但在形式上看
实际上这里有h,h平方,h三次方
那么如果不把h取成特定值的时候
在我们具体的处理过程中
可能在计算上会引起一些麻烦
所以说我们做这个问题的时候
我不妨把h就取成1
那么就是x加1
大家看
它就等于f(x)加上f'(x)再加上2分之1倍的f''(x)
再加上6分之1f的三阶导在某一点的值
这个某一点
是介于x和x加1之间的
那这样我们还没有解决
一个等式要处理两个变量的问题
但是大家注意一下
我在类似的取一个特定值
比如说我就取h等于-1
大家看展开之后应该就是这个样子
这就是负的x导数
这个平方当然正负是一样的
这是两阶导
这面是x
这个地方应该就是减掉6分之1倍的三阶导在η点的值
因为这个-1是-1的三次方出来的
其中这个η是介于x减1和x之间的
如果这两个关系式一写
大家注意
这里面函数值当一个变量
是不是只有四个变量,两个等式
但是我们这个题目里面又给了两个变量的条件
相当于是说
两个变量
两个关系式
基本就出来了
出来之后
大家看
我们的一阶导怎么求
两个等式一减
就把二阶导这一项减掉了
所以说一减的时候
应该就是f(x加1)减掉f(x减1)
这个地方一减就f(x)减掉了
这个应该就等于两倍的f'(x)
这面一减就是加上6分之1倍的三阶导在ξ点的值
再加上三阶导在η这点的值
我想写到这之后
大家知道我是不是可以用函数值和三阶导数值
把一阶导数值表示出来
表示出来之后
我来看看它的绝对值
它的绝对值应该就等于一个2分之1倍的
这个的绝对值
再加上这一项的绝对值
然后再加上2分之1提出来
这面是剩下3分之1
然后这个三阶导的绝对值
再加上3分之1倍的这个三阶导的绝对值
是不是就是这样
就是这个绝对值加起来
利用绝对值的三角不等式
应该就是小于等于
而我的问题主要就是讨论它有界无界
大家看这都用它的界来放大
这个都用三阶导数的界来放大
假设f的界是m
三阶导的界是m1的时候
这个自然就小于等于2分之1倍的
这面是2m
再加上3分之2倍的m1
所以说这样我们就证明了任何一点的一阶导数的绝对值
都不超过这个确定的值
所以一阶导数就是有界的
有了一阶导数有界这个证明方法之后
大家看
这两个等式一加
你就可以用函数值和三阶导数值
把二阶导数表示出来
同样的方法
利用绝对值的三角不等式
你可以证明
任何一点的二阶导数值
绝对值是不超过一个确定的正数
这样就证明了它的有界性
我想这道例题
是不是可以说
对一个具体的问题
表面上看
你如果仅仅写一个泰勒公式的时候
好像处理不了
但是你只要深入的分析一下
你会发现在你这个问题里面
有些量是可以取定的
比如说h我可以取特殊的值
这样就把我的计算进行化简
因为我取一个h
就有一个等式
我如果需要两个等式的时候
我只要取两个特殊的h就行了
为了计算简单
在这个问题里面我们h就是分别取了正负1
当然你说我取h等于1
h等于2行不行
肯定没问题
这个问题你肯定做得出来
我想关于泰勒公式
它的应用我们就介绍到这儿
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习