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二元函数有Peano型余项的Taylor公式

下一节:二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

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二元函数有Peano型余项的Taylor公式课程教案、知识点、字幕

好 在一元函数微分学中

我们在介绍了导数和高阶导数之后

我们得到了一个很漂亮的结果

也就是说 如果一个一元函数

在一点具有n阶导数

那么在这一点附近

我们可以用一个n次多项式来近似这个函数

实际上就是一元函数

我们是有所谓的Taylor公式的

那我们回顾一下一元函数

它的Taylor公式的写法

也就是f a加上delta x应该就可以表示成

f a加上f一撇a乘上delta x

加上二分之一倍的f 两撇a乘上delta x平方

一般的 可以写到 n的阶乘分之一

它的n阶导数在a点的值再乘上delta x的n次方

如果我们考虑的是所谓的Peano型余项

也就是后面要加一个小o delta x的n次方

就是这个公式表示的就是说

如果函数f x在a这点有n阶导数

那么在a这点附近

它的函数值就可以用这个n次多项式来近似

函数值与多项式之间的差

应该是这两点距离的n次方的高阶无穷小

当然 如果我们只考虑的是

a这一点附近的有关性质时

这应该是一个很好的结论

那现在我们问一下 对多元函数来说

我们还能不能奢望有类似的结果

实际这就是我们这节课开始介绍的内容

就是多元函数的Taylor公式

为了书写方便 我们所有的结果

都以二元函数为例

我们先看一下 对二元函数来说

如果我们知道f x y

这个函数 在a b这一点是可微的

那根据可微的定义 我们就知道

则 f a加delta x b加delta y 减掉f a b

这就是函数值的改变量

应该等于它的全微分的值

就是偏f偏x a b这点的值乘上delta x

加上偏f偏y在a b这点的值乘上delta y

再加上小o ρ

其中ρ表示的是这两点间的距离

我们把这个等式给它重写一下

也就是把这一项移到等号右端

这就是等号 当然这个等号就变成加号

我们就得到了这么一个结论

这个结论 我们换一个角度来理解

它就是说 如果函数在a b这点可微

那么在a b这点附近它的函数值

实际上是可以用一个一次多项式来近似

这当然是一个二元一次多项式

函数值与这个一次多项式它的值的差

应该是它这两点距离的高阶无穷小

这是在可微的前提下

现在 我们如果知道

这个函数在这一点不仅是可微的

而且 还具有二阶连续偏导数的时候

我们能得到什么结果

下面我们就来看一下

如果我们这个函数 f x y

在这一点具有二阶连续偏导数

就是在这个条件下

我们为了把在这一点附近的函数值

与多项式联系起来

我们构造一个辅助函数

也就是 这时我们令 g t就等于一个

f a 加上t倍的delta x除上ρ

ρ就是两点间的距离

b加上t倍的delta y除上ρ

那么 这个应该就是

关于t的一个一元函数

在给定的条件下 我们知道

这个一元函数在零这一点

是具有二阶连续导数的

那 有了这个定义之后

我们还会发现

这个g t与这个f x

在a b这点 和a加delta x b加delta y这点的值

可以有这样的关系

则g 0应该就是f a b

然后g ρ 就是f a加上delta x b加delta y

因为刚才我们说过 g t在零这点

是具有二阶连续导数的

它当然应该满足

一元函数的二阶Taylor公式

为了写它的二阶Taylor公式

我们需要求它的一阶导数

根据复合函数的链导法则 它的一阶导数

应该就是偏f 偏x再乘上x关于t求导

就是delta x除上ρ 再加上偏f 偏y

y关于t求导 就是乘上delta y 除上ρ

这就是一阶导数

其中偏导数是在这一点取值

那它的二阶导数 也就是g 两撇t

在这个基础上继续求导 我们注意到

这个一阶偏导数

对t来说仍然还是复合函数

我们求出来 应该就是偏方f

偏x方 再出来一个delta x比上ρ

所以这应该是它的平方

再加上一个偏方f 偏y偏x

这时候除了我们原来这个delta x比上ρ之外

又出来一个delta y比上ρ

再加上一个偏方f 偏x偏y

这个地方除了我们原来这个因子之外

又出来了一个delta x比上ρ

原来的是delta y比上ρ

最后再加上这个东西关于t求偏导的

第二个中间变量得到的项

应该就是加上偏方f 偏y方

又出来一个delta y比上ρ

所以这应该是平方 因为我们说了

函数f x y具有二阶连续偏导数

所以说 这两个不同顺序的

混合偏导数的值是相等

那我们再往下写 就可以给它合并一下

这样就得到了这个

g t的一阶导数和二阶导数

那么我们看一下

它的一阶导数在零这点的值

零这点的值也就是让t取零时

这个点就变成了a b这点

所以我们就写出来

这个应该就是偏f偏x在a b这点取值

乘上delta x比上ρ再加上一个偏f偏y

在a b这点取值 再乘上delta y比上ρ

为了就是说 我们后边表示方便

我们把这个东西作一个形式的表述

这个东西 我们把ρ提出去 也就是

ρ分之一 这个就是偏 偏x

这面是delta x

再加上偏 偏y 这个是delta y

最后 我们的f a b放到后边

这是一个形式运算 也就是说

这个东西 f a b

它表示的应该就是把f a b放到

这个运算符号后面得到的结果

就是这一个

然后类似的我们的两阶导在

t等于零这点的值

点都变成了a b那一点

我们处理完之后

把ρ的平方分之一提出来

这里面出现的应该就是偏方 偏x方

然后这面是一个delta x平方

再加上两倍的偏方偏x偏y

这面是delta x乘上delta y

再加上一个偏方偏y方乘上delta y的平方

这面 我把f a b也放到后边来

也就是说 我们见到这个表达式

它表示的是什么 就相当于

把f a b放到这个分子上的运算符号之后

得到的那个表达式的值

而这一个 我们还可以形式地

跟上面这一个联系起来

利用二项式定理

我们知道它就可以表示成ρ方分之一

这面就是偏 偏x delta x加上

偏 偏y delta y括起来的平方

这面是f a b

那么这个形式运算 表示的含义是什么

就是我们直接把它当成是两项和的平方

展开之后 形式地得到这个形式

最后把f a b放到分子的运算符之后

得到了我们这个t在零这点的二阶偏导数

好 有了函数值 就是那个g 0

有了一阶导数值和二阶导数值

我们自然就可以写了

根据一元函数的Taylor公式

那么 它在ρ这点的值应该就等于

它在零这点的值

加上它的一阶导数在零这点的值乘上ρ

再加上二分之一倍的它的二阶导数

在零这点的值乘上ρ的平方

再加上一个小o ρ的平方

最后 我们把与g有关的

它的f的形式代进去

也就是得到了f a加delta x b加delta y

就等于f a b再加上 这个地方ρ消掉

那么 也就是偏 偏x delta x

加上偏 偏y delta y 这面是f a b

再加上一个 这个

代进去以后 这个ρ方跟这个ρ方消掉

所以说就是二分之一倍的

偏偏x delta x 再加上偏偏y delta y

它的平方f a b

最后 再把这个余项加上

加上小o ρ方

也就是 我们借用复合函数的链导法则

以及一元函数的二阶Taylor公式

我们发现 当f x y在a b这一点

具有二阶连续偏导数时

它在a b这一点附近的函数值

可以用delta x delta y的

这么一个二次多项式来近似

那么函数值与这个二次多项式的值的差

应该是这两点距离的平方的高阶无穷小

实际上我们得到的最后这个公式

就是二元函数在a b这一点的

二阶带有Peano型余项的Taylor公式

而这个二次多项式就是这个二元函数

在a b这点的二次Taylor多项式

实际上 我们在二阶的情况下

就把一元函数的Taylor公式

推广到了二元函数

实际上类似的方法

我们可以把它推广到一般的n次Taylor多项式

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-第一章 多元函数微分学--第一节练习题

-第二节 多元函数的偏导数

--偏导数的概念

--偏导数的几何意义

--高阶偏导数的概念

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-第一章 多元函数微分学--第二节练习题

-第三节 多元函数的全微分

--全微分的概念

--可微的必要条件

--可微的充分条件

--可微的充要条件

--多元函数的原函数

-第一章 多元函数微分学--第三节练习题

-第四节 多元函数的微分法

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--隐函数组求导法

-第一章 多元函数微分学--第四节练习题

-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量

--方向导数的概念

--方向导数的计算

--梯度向量的概念与计算

-第一章 多元函数微分学--第五节练习题

-第六节 映射及其微分

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--复合映射的微分法

-第一章 多元函数微分学--第六节练习题

-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题

-第二节 多元函数的极值

--极值点的概念和必要条件

--极值点的判别法

--极值问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题

-第三节 多元函数的条件极值

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-第一节 二重积分的概念和性质

--二重重积分引入

--二重积分定义

--二重积分性质

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-第三章重积分--第二节练习题

-第三节 极坐标系及一般坐标系

--极坐标系

--一般坐标系

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-第三章重积分--第三节练习题

-第四节 三重积分

--三重积分的引入

--三重积分的定义

--三重积分的性质

--直角坐标系

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--球坐标系

--球坐标系例题

-第三章重积分--第四节 练习题

-第五节 第一类曲线积分

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-第三章重积分--第六节 练习题

-第七节 含参变量积分

--含参定积分的定义

--含参积分的连续性

--含参积分的导数

--含参积分的例题

-- 广义含参积分的一致收敛性

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-第四章 向量分析--第二节 练习题

-第三节 第二类曲面积分

--曲面的定向

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-第四章 向量分析--第三节 练习题

-第四节 Gauss公式与Stokes公式

--Gauss公式

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-第四章 向量分析--第四节 练习题

-第五节 无源场,保守场与调和场

--平面保守场

--势函数及其计算

--空间保守场

--常见的场

-第四章 向量分析--第五节 练习题

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)

--变量分离方程

--齐次型方程

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-第五章 常微分方程--第二节 练习题

-第三节 高阶线性微分方程解的结构

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--线性微分方程解的结构

-第五章 常微分方程--第三节 练习题

-第四节 高阶线性常系数微分方程

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

二元函数有Peano型余项的Taylor公式笔记与讨论

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