一元函数泰勒公式的计算方法

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  摘要:在一元函數泰勒公式的教学中,应引导学生在对泰勒公式的产生背景、推导方法深入理解的基础上,培养学生应用泰勒公式解决实际问题的能力. 本文对泰勒公式的常用计算方法进行了总结.
  关键词:泰勒公式;数值计算
  泰勒公式是在用简单的初等函数(多项式函数)逼近复杂函数(特别是无理函数和初等超越函数)的背景下产生的,只要误差满足要求,多项式函数对复杂函数的性态和近似计算有着重要的实际应用意义. 学生在学习了泰勒公式之后,碰到关于泰勒公式计算的问题不知如何入手,本文主要总结了4个关于泰勒公式的计算方法。
  泰勒定理  若函数在含有的某个开区间内具有直到阶的导数,则对任一,有
  上式称为函数在展开的泰勒公式,其中称为佩亚诺型余项,(介于到之间)称为拉格朗日型余项。
  1.直接法
  利用直接导数的方法进行求解。
  例1  按的幂展开多项式。
  解:因为,,,,于是
  ,,,,,所以
  。
  2.变量替换法
  在实际应用中,应用得较多的是泰勒公式在时的特殊情形(称为麦克劳林公式),掌握常用的麦克劳林公式对解题有很大的帮助。常见的麦克劳林公式有:
  由的泰勒公式可得与(为常数,为自然数)的泰勒公式,只需令或即可。
  例2  求下列函数含佩亚诺余项的麦克劳林公式。
  (1);(2)。
  3.分解法
  将所求函数分解成已知的泰勒公式进行计算。
  例3  求函数含有佩亚诺余项的麦克劳林公式。
  解:因为
  4.待定系数法
  设,将其改写为,若已知与的展开式且可展成泰勒公式,可设,将他们代入,整理后通过比较系数求得,,。
  例4求的带佩亚诺余项的三阶麦克劳林公式。
  泰勒公式作为高等数学中的一个非常重要的工具,有着广泛的应用,应用泰勒公式计算实际问题,关键是对泰勒定理的本质理解透彻,然后灵活运用,熟能生巧。
  参考文献:
  [1] 王志平. 高等数学 [M]. 上海:上海交通大学出版社,2012.
  [2] 刘玉琏,傅沛仁等. 数学分析讲义(第五版)[M]. 北京:高等教育出版社,2008.
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