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带有Lagrange型余项的Taylor公式

下一节:Maclaurin公式

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带有Lagrange型余项的Taylor公式课程教案、知识点、字幕

前面我们介绍了

函数在一点的带有Peano型余项的泰勒公式

我们得到了这个结论

也就是说f(x)等于

它在那一点的n次泰勒多项式加上一个余项

这个余项我用Rn来表示

Rn就是Peano型余项

也就是Rn(x)是等于o(x-a)的n次方

我想关于这个公式

因为我们一再强调

这个反应的是x趋向于a时

它以更快的速度趋向于0

实际上也就是说

这个应该强调的还是在a这点的性质

所以说这个公式我们如果想用的时候

只能是一个局部性质

也就是只能在a点附近来用

这样对我们在处理一些近似计算问题时

应该是说有一个比较大的限制

因为我们不知道对一个具体的函数来说

当x-a的绝对值多小时

才算是离a足够近

这是一个问题

另外一个问题就是说

在得到这个公式的时候

我们给的条件相对弱了一点

因为我们只是给了函数在a那点的n阶导数是存在的

也就是说我们给的条件

仅仅能够写出它的n次泰勒多项式

当然在这个条件下

你说我要得到在某一个范围上的有关的结论

这当然是不现实的

因为导数或者是可导性是个点性质

我们利用可导性只可能得到在那点附近的性质

接下来我们介绍另外一个余项形式

这就是我们介绍的

所谓的带有拉格朗日型余项的泰勒公式

这个结论是这样说的

说若f(x)在a,b上具有n+1阶导数

然后x0x都属于[a,b)

则这个时候f(x)可以等于Tn(x)加上Rn(x)

其中在这个公式里面

我们的Tn(x)是k从0到n求和

k的阶乘分之一

f的k阶导在x0这点的值

我们的Rn应该是n+1的阶乘分之一

它的n+1阶导在ξ点的值

再乘上x-x0的n+1次方

其中这个ξ是介于x与x0之间

也就是说这个时候

对这个区间上的一个固定点x0来说

对这个区间中的每一点x

f(x)的值都可以用x0那一点的泰勒多项式的值来近似

那么它的差是这么一个东西

这里面有一个点我们仅仅知道它是存在的

而且知道它是在什么范围之内

但是我们不知道它具体等于什么

从这个余项形式大家知道

如果这个小o我们说是定性的性质的时候

从字面上看这就是一个具体的值

所以这可以说是给出了定量的估计

但是这个定量的估计也是理论上的

因为ξ的值你并不知道是多少

我想这是我们要介绍的

所谓的带有拉格朗日型余项的泰勒公式

其中这个余项就是所谓的拉格朗日型余项

接下来我们先对这个公式给出一个证明

大家注意到

这实际就是函数在x0那点的n次泰勒多项式

根据泰勒多项式的性质

也就是说f(x)和Tn(x)在x0那点

函数值一直到n阶导数值都是相等的

那么我们就构造一个辅助函数

令我们的F(x)就等于f(x)-Tn(x)

再令我们的G(x)就等于x-x0的n+1次方

这样做完之后我们就知道

则F它的k阶导在x0这点的值应该是等于0的

这个时候k等于0

1一直到n都是对的

这个G(x)因为它是x-x0的n+1次方

所以说这个函数它的k阶导

在x0这点的值也是等于0的

同样k可以取0.1一直到n

k等于0对应的是它们的函数值

这样做完了之后

我们就看一下

则就是所以我们这个F(x)比上G(x)

因为它在x0这点的值等于0

自然就可以写成F(x)减掉F(x0)

除上G(x)减掉G(x0)

这样就变成了两个函数在两点之差之比

见到这个形式

我相信大家能够想起来

我们在前面介绍柯西中值定理的时候

曾经碰到过这种比值的形式

那么利用柯西中值定理

它自然应该是F在x1这点的值

再除上G'在x1这点的值

其中x1是介于x和x0之间的某一个点

同样这一个我们利用它的一阶导在x0这点是等于0

我们自然可以给它表示成

这个两个导数值的差做比值

对于一阶导数我们再用柯西中值定理

那么就会写成两阶导在某一点x2这点值

再除上它的两阶导在x2这点值

其中x2是介于x1和x0之间的一个点

当然在x和x1之间

那大家想你这样一直用下去

一直可以用到就是F的n阶导在xn这点的值

然后除上G(x)的n阶导在xn这点的值

其中xn是介于x和x0之间的某个数

然后最后再用一次应该就是

利用它的n阶导在x0的点也是等于0

我们就给它写成这两个差之比

对于它的n阶导数大家看一下

我们给的条件是这个函数在这个区间上

n+1阶导数是存在的

所以说我们的F(x)和G(x)

它的n+1阶导数也存在

也就是说这两个函数

仍然是可以满足柯西中值定理的条件

那么我们用一次柯西中值定理

它就应该等于n阶导的导数

也就是n+1阶导数在某一点的值

再除上G(x)的n+1阶导数在某一点的值

接下来我们来看一下F的n+1阶导是什么

F(x)是f(x)减掉一个n次多项式

说我们对它求n+1阶导

n次多项式的n+1阶导是等于0的

所以说F的n+1阶导就是f的n+1阶导

另外G(x)它本身就是这么一个n+1次多项式

我们对它求n+1阶导大家知道就是n+1的阶乘

换句话说我们这个分式

应该就等于f的n+1阶导在ξ点取值

再除上n+1的阶乘

其中ξ自然是介于x与x0之间

那写成这样之后

我们只看一下这个关系式

最开始的分式和最后的结果

也就是我们的F等于这个东西乘上G(x)

F是什么

是f(x)减掉Tn(x)

也就等于n+1的阶乘分之它的n+1阶导在ξ点的值

再乘上G(x)也就是x-x0的n+1次方

而这个关系式大家看一下

就是我们要证的

这个带有拉格朗日型余项的泰勒公式

所以这样我们就证明了在这个条件下

也就是在某个区间上取n+1阶导数的条件下

证明了n阶带有拉格朗日余项的泰勒公式

是成立的

那有了这个结论之后

从理论上讲

我们利用泰勒多项式来对函数做近似计算时

实际上我们就可以从定量的角度

去做误差估计了

实际上这个时候

只要它这个函数的高阶导数

满足一定条件

比如说是有界的时候

那么当x-x0的绝对值是小于1的时候

大家知道理论上讲

只要你的次数足够高

你的近似效果就应该足够好

关于带有拉格朗日型余项的泰勒公式

大家知道

这个结论是对[a,b]区间上的任何一点都是对的

所以我们一般说这个结论是一个全局性结果

另外通过这个拉格朗日型余项

大家可以看出来

如果我这个函数f(x)

本身就是个n次多项式的时候

那么它的n+1阶导数总是等于0的

换句话说你本身是个n次多项式

那么你用一个n次多项式来近似它的时候

没有比它本身近似的子集更好的多项式了

这当然是一个显然的结果

也就是说用多项式函数来近似多项式函数的时候

当然是它本身的效果是最好的

这是关于我们第二个余项形式

微积分——极限理论与一元函数课程列表:

序言

-序言

--序言

第一章 实数与函数

-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

--函数定义与函数图形

--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

--函数的四则运算与复合运算

--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

--函数的有界性,奇偶性

--函数的周期性,单调性

--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

--极坐标系与点的极坐标,极坐标方程表示的几种曲线

--参数方程表示的几种曲线

第二章 极限论

-第一节 数列极限的概念与性质

--数列的概念,数列极限的概念(1)

--数列极限的概念(2)

--数列极限的性质及四则运算法则

--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

--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

--Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--区间套定理与Bolzano定理

--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

--函数极限的四则运算与复合函数的极限

--夹逼定理与重要极限

-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

--无穷小量与无穷大量的概念与性质

--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

第三章 连续函数

-第一节 连续函数的概念与性质

--函数在一点连续的概念

--间断点的分类

--连续函数的性质

--连续函数的运算与初等函数的连续性

-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

--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

--一致连续的必要条件

--闭区间上连续与一致连续的等价性

-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

第四章 导数与微分

-第一节 导数与微分的概念

--导数的概念

--单侧导数、可导与连续的关系

--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

--复合函数的求导法(链导法则)

--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

--几种特殊函数的求导法

--参数方程求导法与对数求导法

--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

第五章 导数应用

-第一节 微分中值定理

--Fermat定理

--Rolle定理

--Lagrange中值定理

--Cauchy中值定理

-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

--带有Peano型余项的Taylor 公式

--带有Lagrange型余项的Taylor公式

--Maclaurin公式

--Taylor公式的应用(一)

--Taylor公式的应用(二)

-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

第六章 原函数与不定积分

-第一节 概念与性质

--原函数的概念

--原函数存在的充分条件

--6-1视频纠正

--原函数存在的必要条件

--不同原函数之间的关系

--不定积分的概念与性质

--简单函数求不定积分

-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

--四个特殊函数的不定积分

--有理分式函数的化简

--html

--有理分式函数的不定积分

--三角有理函数化成分式有理函数

--三角有理函数的不定积分

--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

第七章 定积分

-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

--变限积分所定义的函数

--Newton-Leibniz公式

--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

--定积分的计算-换元法

--定积分的计算-分部积分法

--分段函数定积分的计算

--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

--旋转体体积与表面积

--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

--非负函数无穷积分的收敛性

--一般函数无穷积分的收敛性

--其他无穷积分

--无界函数的反常积分---瑕积分

--无界函数、无界区间上的反常积分

--第七章 定积分--第七节思考与练习

第八章 级数

-第一节 数项级数的概念与性质

--8-1 数项级数的概念

--8-2 级数收敛的概念

--8-3 级数收敛的性质

--8-4 级数收敛的Cauchy准则

--8-5 正项级数的概念

--8-6 正项级数的比较判别法

--8-7 正项级数的比阶判别法

--8-8 正项级数的比值判别法

--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

--正项级数的根式判敛法

--正项级数的积分判别法

--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

--交错项级数判敛举例

--绝对值判敛法

--绝对收敛与条件级数收敛的性质

--绝对收敛级数的交换律

--条件收敛级数的Riemann定理

--第八章 级数--第三节 思考与练习

-第四节 函数级数

--函数项级数的概念、逐点收敛性

--函数项级数的一致收敛性-概念

--函数项级数的一致收敛性-判断

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(1)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(2)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(3)

--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

--无穷可导函数的幂级数展开

--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

--奇函数与偶函数的形式Fourier展开和周期开拓

--其他函数的周期函数的形式Fourier展开

--Fourier级数的收敛性

--第八章 级数--第六节思考与练习

带有Lagrange型余项的Taylor公式笔记与讨论

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