泰勒公式及其应用.doc

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毕业论文

题目：

泰勒公式及其应用

系别：

数理系

专业：

金融数学

姓名：

覃茜

学号：

171406106

指导教师：

李华

河南城建学院

2010年5月20日

18

目录

摘要………………………………………………………………………………1

英文摘要…………………………………………………………………………2

第一章绪论……………………………………………………………………3

第二章泰勒公式………………………………………………………………5

1.1泰勒公式的意义………………………………………………………………5

1.2泰勒公式余项的类型……………………………………………………………5

1.3泰勒公式………………………………………………………………………6

第三章泰勒公式的实际应用………………………………………………7

2.1利用泰勒公式求极限…………………………………………………………7

2.2利用泰勒公式进行近似计算…………………………………………………8

2.3在不等式证明中的应用………………………………………………………9

2.4泰勒公式在外推上的应用……………………………………………………10

2.5求曲线的渐近线方程…………………………………………………………11

2.6泰勒公式在函数凹凸性及拐点判断中的应用………………………………13

2.7在广义积分敛散性中的应用…………………………………………………14

2.8泰勒公式在关于界的估计……………………………………………………15

2.9泰勒公式展开的唯一性问题…………………………………………………15

结束语………………………………………………………………………………16

致谢…………………………………………………………………………………17

参考文献…………………………………………………………………………18

泰勒公式及其应用

（河南城建学院数理系河南平顶山467044）

摘要

泰勒公式是数学分析中的重要组成部分，它的理论方法已成为研究函数极限和估计误差等方面的不可或缺的工具，集中体现了微积分“逼近法”的精髓，它是微积分中值定理的推广，亦是应用高阶导数研究函数性态的重要工具,它的用途很广泛.本文详细介绍泰勒公式及其应用在数学领域上的几个应用作论述.文章除了对泰勒公式在常用的近似计算、求极限、不等式的证明、外推和求曲线的渐近线方程上作解求证明外，特别地，泰勒公式还对函数凹凸性及拐点判断、广义积分敛散性中的应用、界的估计和展开的唯一性问题这4个领域的应用做详细的介绍.

关键词泰勒公式 佩亚诺余项 拉格朗日余项 

Abstract

Taylor’sformulaisthemathematicalanalysisoftheimportantpart,ithasbecomearesearchfunctiontheorymethodandestimat-ederrorlimitoftheindispensabletoolssuchasaconcentratedexp-ressionofthecalculus,“approximation”oftheessence,whichisthevalueoftheCalculustheoremisalsoofhighorderderivativefunctionofanimportanttoolforstate,itsuseisverywide.ThispaperintroducestheTaylorformulaanditsapplicationsinmathema-ticsfordiscussiononseveralapplications.InadditiontoTaylor’sarticleinthecommonlyusedapproximationformula,findthelimit,Inequality,extrapolation,demandcurveequationanddeterminetheasymptoticlineontheConvergenceofSolutionsofapplicationsasshown,inparticular,theTaylorformulaalsoConvexityandtheinflectionpointofthefunctiontojudge,GeneralizedIntegralConverg-enceapplication,industryestimatesandlaunchedtheonlyproblemtheapplicationofthesefourareasadetailedintroduction.

Keywords：

Taylorformula，Peanoremainder，LagrangeRemainder

第一章绪论

1.1综述

近代微积分的蓬勃发展，促使几乎所有的数学大师都致力于相关问题的研究，特别是泰勒，笛卡尔，费马，巴罗，沃利斯等人作出了具有代表性的工作.泰勒公式是18世纪早期英国牛顿学派最优秀代表人物之一的英国数学家泰勒，在微积分学中将函数展开成无穷级数而定义出来的.泰勒将函数展开成级数从而得到泰勒公式，对于一般函数，设它在点存在直到阶的导数，由这些导数构成一个次多项式

称为函数在点处的泰勒多项式，若函数在点存在直至阶导数，则有即

称为泰勒公式.

众所周知，泰勒公式是数学分析中非常重要的内容，它的理论方法已经成为研究函数极限和估计误差等方面不可或缺的数学工具，集中体现了微积分“逼近法”的精髓，在近似计算上有着独特的优势，利用它可以将非线性问题化为线性问题，并能满足很高的精确度要求，在微积分的各个方面都有重要的应用.泰勒公式在分析和研究数学问题中有着重要作用,它可以应用于求极限、判断函数极值、求高阶导数在某些点的数值、判断广义积分收敛性、近似计算、不等式证明等方面.

1.2研究现状

关于泰勒公式的应用，已有许多专家学者对它产生了浓厚的兴趣，它们对某些具体的题目作出了具体的解法，如求极限，判断函数凹凸性和收敛性，求渐近线，界的估计和近似值的计算等等.虽然泰勒公式应用到各个数学领域很多，但也还有很多方面学者还很少提及，因此在这泰勒公式及其应用方面我们有研究的必要，并且有很大的空间.

1.3研究意义

泰勒公式不仅在极限和不等式证明中能解决许多问题，同时也是研究分析数学的重要工具.其原理是很多函数都能用泰勒公式表示，又能借助于泰勒公式来研究函数近似值式和判断级数收敛性的问题.因此泰勒公式在数学实际应用中是一种重要的应用工具，我们必须掌握它，用泰勒公式这一知识解决更多的数学实际问题.

1.4本论文所作的工作

泰勒公式的应用一直以来都属于数学领域里重要的研究内容.本文将简略介绍一些基本的泰勒公式的应用实际方法，然后把泰勒公式应用到求极限等方面中去.

1.5研究目标

探索泰勒公式及其应用的新方法，借助泰勒公式的广泛应用，将泰勒公式的知识应用到数学解题的各个方面和领域中去，得出泰勒公式在数学各方面的应用和解求方法的简便性.

1.6本论文解决的关键问题

了解泰勒公式及其各类型余项的泰勒公式展开式，熟练掌握带有佩亚诺余项和带有拉格朗日余项的泰勒公式应用.

1.7本论文的研究方法

将带有佩亚诺余项和带有拉格朗日余项的泰勒公式应用到求极限、渐近线等的解题应用上，得出最佳的解题方法.

1.8本论文的内容安排

根据论文的主要内容，将论文分为三章：

第一章为绪论

第二章简要给出了泰勒公式的定义和类型

第三章详细介绍了泰勒公式在数学各方面的实际应用

第二章泰勒公式

1.1泰勒公式的意义

泰勒公式的意义是，用一个次多项式来逼近函数.而多项式具有形式简单，易于计算等优点.

泰勒公式由的次泰勒多项式和余项组成，我们来详细讨论它们.

当=1时，有

，

是的曲线在点处的切线（方程），称为曲线在点的一次密切，显然，切线与曲线的差异是较大的，只是曲线的近似.

当=2时，有

，

是曲线在点的“二次切线”，也称曲线在点的二次密切.可以看出，二次切线与曲线的接近程度比切线要好.当次数越来越高时，接近程度越来越密切，近似程度也越来越高.

1.2泰勒公式余项的类型

泰勒公式的余项分为两类，一类是定性的，一类是定量的，它们的本质相同，但性质各异.定性的余项如佩亚诺型余项，仅表示余项是比（当时）高阶的无穷小.如，表示当时，用近似，误差（余项）是比高阶的无穷小.定量的余项如拉格朗日型余项（也可以写成）、柯西余项（如在某些函数的幂级数展开时用）.定量的余项一般用于函数值的计算与函数形态的研究.

1.3泰勒公式的定义

（1）带有佩亚诺（Peano）型余项的泰勒公式

如果函数在点的某邻域内具有阶导数,则对此邻域内的点,有

当时,上式称为麦克劳林（Maclaurin）公式.即

（2）带有拉格朗日（Lagrange）型余项的泰勒公式

如果函数在点的某邻域内具有阶导数,则对此邻域内的点,有

（介于与之间）

第三章泰勒公式的实际应用

2.1利用泰勒公式求极限

对于待定型的极限问题，一般可以采用洛比达法则来求，但是，对于一些求导比较繁琐，特别是要多次使用洛比达法则的情况，泰勒公式往往是比洛比达法则更为有效的求极限工具.利用泰勒公式求极限，一般用麦克劳林公式形式，并采用佩亚诺型余项.当极限式为分式时，一般要求分子分母展成同一阶的麦克劳林公式，通过比较求出极限.

例1求

分析：

此题分母为，如果用洛比达法则，需连用4次，比较麻烦.而用带佩亚诺余项的泰勒公式解求较简单.

解：

因为

将换成有

又

所以

故

例2求极限.

解：

因为分母的次数为4，所以只要把，展开到的4次幂即可.

故

带有佩亚诺型余项的泰勒公式是求函数极限的一个非常有力的工具,运用得当会使求函数的极限变得十分简单.

2.2利用泰勒公式进行近似计算

例1用的10次泰勒多项式求的近似值，并估计误差.

解：

在的泰勒公式中取,则有

由于的精确度值，可以看出这么算得的结果是比较准确的.关于计算的误差，则有如下的估计

.

必须注意，泰勒公式只是一种局部性质，因此在用它进行近似计算时，不能远离，否则效果会比较差，甚至产生完全错误的结果.

如在的泰勒多项式中令=1，取它的前10项计算的近似值，得到

=0.645