当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第一章 多元函数微分学 > 第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例) > 二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式
好 前面我们给出了二元函数
在一点的n阶带有Peano型余项的
Taylor公式
在一元函数微分学中
我们介绍Taylor公式时
除了有Peano型余项
还有所谓的Lagrange型余项
我们先看一下 对二元函数来说
我们有没有
所谓的Lagrange型余项的Taylor公式
我们先把结论写出来
也就是二元函数的n阶带有Lagrange型
余项的Taylor公式
我们把这个结论写成一个定理的形式
我们设二元函数f x y
在点a b的某个邻域 我们用U表示
也就是在它的某个邻域U内
具有n加1阶连续偏导数
当这个点a加delta x b加delta y
在U这个邻域中 这个时候
它在a加delta x b加delta y
这点的值 就可以用这个函数
在a b这点的 n次Taylor多项式的值来近似
而这个函数值与n次Taylor多项式值之差
我们可以表示成是n加1的阶乘分之一
乘上括号里面 偏偏x delta x
加上偏偏y delta y 括起来的n加1次方
最后再 对f在a加θ delta x
b加θ delta y这点取值
其中 这个θ是大于零小于一的一个数
也就是说我们这个点 应该是介于a b
和a加delta x b加delta y
这两点连线上的一点
这个公式我们就称为是函数f x y
在a b这一点的n阶
带有Lagrange型余项的Taylor公式
我们后面这个余项形式
就称为是Lagrange型余项
从我们这个定理 我们可以看出
带有Lagrange型余项的Taylor公式
和带有Peano型余项的Taylor公式
它的不同在哪儿
首先 在条件上 我们应该提高了要求
Peano型余项 它这个要成立的时候
它只需要 要求函数在a b这一点
具有n阶连续导数就行了
而我们的Lagrange型余项
为了使得这个公式成立
它要求函数不仅在这一点
而且要在这个点的某个领域内
具有n加1阶连续偏导数
所以从条件上 我们提高了要求
当然我们付出这个加强条件的代价
实际上结果也是值得的
首先从形式上看 我们现在得到的
这个Lagrange型余项
应该是一个定量的形式
尽管它仅仅是一个理论的结果
因为我们并不知道这个点
具体应该取到哪儿
但毕竟它在形式上给出了一个定量的表述
所以说 我们就有可能
用这个Lagrange余项进行一些简单的估计
这是一个 另外一个
带有Peano型余项的Taylor公式
我们强调过 它应该是一个局部型的结论
而从理论上讲
这个带有Lagrange型余项的Taylor公式
它应该是个整体的结果
原因是只要这个点 在我们这个领域内
那么这个结论都是成立的
只要这个点 在这个领域中
这个结论总是成立的
而这个邻域 我们应该是预先确定的
所以说 与带有Peano型余项的
Taylor公式相比
Lagrange型余项的Taylor公式
在条件上加强了 当然
在得到的结果上也更好了
得到了一个整体的
带有定量误差的这样的一个公式
这是这两个公式的区别
对Lagrange型余项这个Taylor公式来说
我们看一下当n比较小时它反映的是什么
譬如说 如果在这里面 我们n就等于零
n等于零的时候
实际上这个公式我们可以直接写成是
f a加delta x b加delta y
这面应该就等于f a b余项这个时候
1的阶乘分之一就是1
这个 是一个一次方
实际牵扯到的就是求一阶偏导
我们直接写出来就是加上一个
偏f偏x在a加上θ delta x这点取值
再一个是b加上θ delta y这点取值
这是乘上delta x 再加上一个偏f偏y
在相应的这个点取值 再乘delta y
就得到了这么一个关于二元函数的结论
实际上大家回忆一下
我们在一元函数时
曾经一个很重要的微分学结论是
Lagrange中值定理
而这一个 我们把这个值移到左边来
这个加号咱们写成等号
这是不是跟一元函数的
Lagrange中值定理是一个等价的形式
这个结论 我们也称为是
二元函数的Lagrange微分中值定理
就是说 二元函数在两点值的差
可以用这两点之间
某一点的一阶偏导数值给它联系起来
这是n等于零的情况
n如果等于1的时候
我们给它写出来应该就是
f a加delta x b加delta y
它就等于f a b 一次项部分我们直接写出来
就是偏f 偏x在a b这点的值乘上delta x
加上一个偏f偏y
在a b这点的值再乘上delta y
它的余项形式
这个时候应该是加上二的阶乘分之一
也就是二分之一
这面就是偏偏x delta x
加上一个偏偏y delta y 它的平方
在哪一点取二阶混合偏导数
应该是在a加上θ delta x
和b加θ delta y 这一点取二阶偏导数
我想这是n等于1的情况
如果我们把后边这个形式运算给它展开
展开之后
我们再利用矩阵的运算还可以写成这个样子
前面这个多项式部分我就用一个记号
T1来表示 也就是一次Taylor多项式
后面这个我们可以写成是 二分之一
这边是delta x delta y是个行向量
中间是一个偏方f偏x方 偏方f偏x偏y
偏方f偏x偏y 偏方f偏y方
这面是一个delta x delta y列向量
这个矩阵 它的元素
二阶偏导数在哪一点取值
就是在这一点取值 我们不再重写了
所以说 这个利用矩阵运算
就得到了这个形式
大家学过线性代数的时候知道
这应该是一个简单的二次型
二次型当然是由这个矩阵唯一确定
那么在这儿这个矩阵
我们也给它一个名字
这个矩阵的元素是这个二元函数的
二阶偏导数构成的
我们一般把这个矩阵就叫
这个二元函数的Hessian矩阵
Hessian矩阵
当然大家还可以从另外一个角度来理解它
因为一个二元函数
它的梯度向量是偏f偏x 偏f偏y
那么如果我们从向量值函数的角度入手
梯度向量我们自然也可以给它理解成是一个
R2到R2的映射
那这个映射的Jacobi矩阵大家求一下
也就是梯度向量的Jacobi矩阵
应该就是这个二元函数的Hessian矩阵
这是关于带有Lagrange型余项的Taylor公式
在n等于零和n等于1的情况
我们在用带有Lagrange型余项的Taylor公式时
主要的也就是用n的取值比较小的形式
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-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
-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
--隐函数存在定理
--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
-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
--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)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-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
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-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
-第二节 二重积分的计算
-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
-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
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--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
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-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
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-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
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-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
-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
-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
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题