法国数学家柯西在一百多年后给出了泰勒中值定理的严格证明,并将证明载入他的《关于级数的收敛》一书中。
1742年,英国数学家麦克劳林在他的《流数论》中给出了a=0的情况(就是现在所谓的麦克劳林公式),并且说明这是泰勒公式的一种特殊情况。
1797年,拉格朗日用代数的方法证明了泰勒展开式。 同时他还给出了以他名字命名的“带有拉格朗日余项”的泰勒展开式,如下所示:
f(x+h)=f(x)+f^' (x)h+f^'' (x) h^2/2!+f^''' (x) h^3/3!+⋯+f^((n) ) (x) h^n/n!+R_n (x)
其中:R_n (x)=f^((n+1) ) (x+θh) h^(n+1)/(n+1)!,0<θ<1称为拉格朗日余项。
当n=0时,上述泰勒公式即为熟知的拉格朗日微分中值定理。
1。2 泰勒公式的几种形式
1。2。1 带拉格朗日余项的泰勒公式[6]
设f(x)在[a,b]上存在直至n阶的连续导函数,在(a,b)内存在(n+1)阶导函数,则对任意给定的x,x_0∈[a,b],至少存在一点ξ∈(a,b),使得
f(x)=f(x_0 )+f^' (x_0 )(x-x_0 )+(f^'' (x_0 ))/2! (x-x_0 )^2+⋯+(f^((n) ) (x_0 ))/n! (x-x_0 )^n+r_n (x), (1)
其中:r_n (x)=(f^((n+1) ) (ξ))/(n+1)! (x-x_0 )^(n+1),ξ在x和x_0之间,称为拉格朗日余项。
式(1)称为f(x)在x=x_0处的泰勒公式。 它的前n+1项组成的多项式p_n (x),称为 f(x)的n次泰勒多项式。
特别地,当n=0 时,式(1)变成
f(x)=f(x_0 )+f^' (ξ)(x-x_0 ),
其中ξ在x和x_0之间。 这恰为拉格朗日微分中值定理的结果。
所以,泰勒公式可以认为是拉格朗日微分中值定理的推广。
当x_0=0时,式(1)变成
f(x)=f(0)+f^' (0)x+(f^'' (0))/2! x^2+⋯+(f^((n) ) (0))/n! x^n+(f^((n+1) ) (ξ))/(n+1)! x^(n+1), (2)
其中ξ在x和x_0之间。 式(2)被称为麦克劳林公式。 显然,它是带有拉格朗日余项的。
除了上述的拉格朗日的形式之外,泰勒公式的余项还有其它多种的表现形式。
1。2。2 带佩亚诺余项的泰勒公式[7]
设f(x)在点x_0 存在直至n阶导数,则有
f(x)=f(x_0 )+f^' (x_0 )(x-x_0 )+(f^'' (x_0 ))/2! (x-x_0 )^2+⋯+(f^((n) ) (x_0 ))/n! (x-x_0 )^n+r_n (x),(3)
余项r_n (x)满足
r_n (x)=ο((x-x_0 )^n )。
这里的余项形式r_n (x)=ο((x-x_0 )^n )称为佩亚诺余项。
当x_0=0时,式(3)变成
f(x)=f(0)+f^' (0)x+(f^'' (0))/2! x^2+⋯+(f^((n) ) (0))/n! x^n+ο(x^n ), (4)
式(4)也称为麦克劳林公式。 显然,它是带有佩亚诺余项的。
显然,当x→x_0时,满足拉格朗日余项蕴涵着佩亚诺余项,即前者的结论强于后者。 但是,采用佩亚诺余项时,我们对函数f(x)的要求,往往比拉格朗日余项时弱一些。
1。2。3 带有积分型余项的泰勒公式[8]
若函数f(x)在点x_0存在直至n阶导数,则有论文网
f(x)=f(x_0 )+f^' (x_0 )(x-x_0 )+(f^'' (x_0 ))/2! (x-x_0 )^2+(f^''' (x_0 ))/3! (x-x_0 )^3+⋯+(f^((n) ) (x_0 ))/n! (x-x_0 )^n+r_n (x),
余项r_n (x)满足
r_n (x)=1/n! ∫_(x_0)^x▒〖f^((n+1) ) (ξ) (x-ξ)^n dt〗,其中ξ在x和x_0之间
余项r_n (x)称为泰勒公式的积分型余项。
1。2。4 带有柯西型余项的泰勒公式[9]
若函数f(x)在点x_0的某邻域内存在直至n+1阶导数,则对该邻域中的任一点,成立
f(x)=f(x_0 )+f^' (x_0 )(x-x_0 )+(f^'' (x_0 ))/2! (x-x_0 )^2+(f^''' (x_0 ))/3! (x-x_0 )^3+⋯+(f^((n) ) (x_0 ))/n! (x-x_0 )^n+r_n (x), Talor公式在数学解题中的应用(3):http://www.youerw.com/shuxue/lunwen_159963.html