b>怎样用泰勒公式求极限在高等数学中,求极限一个常见的难题。当极限表达式较为复杂时,使用泰勒公式(Taylorformula)是一种非常有效的技巧。泰勒公式可以将函数展开为多项式形式,便于分析其在某一点附近的性质,从而帮助我们更清晰地求出极限。
、泰勒公式的基本概念
勒公式是将一个可导函数在某点附近用多项式近似表示的一种技巧。设函数$f(x)$在点$a$处有$n$阶导数,则其泰勒展开式为:
$
(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+\fracf”(a)}2!}(x-a)^2+\cdots+\fracf^(n)}(a)}n!}(x-a)^n+R_n(x)
$
中$R_n(x)$是余项,表示展开的误差。
$a=0$时,称为麦克劳林公式(Maclaurinseries)。
、用泰勒公式求极限的步骤
.确定展开点:通常选择极限中变量趋近的点作为展开点。
.选择合适的阶数:根据极限表达式的复杂程度,选择适当的展开阶数。
.展开函数:将涉及的每个函数分别展开成泰勒级数。
.代入并化简:将所有展开后的表达式代入原极限中,并进行合并与约简。
.计算极限:通过化简后的多项式表达式直接求出极限值。
、常见函数的泰勒展开式(以$x\to0$为例)
函数 | 泰勒展开式(到$x^5$项) |
$e^x$ | $1+x+\fracx^2}2!}+\fracx^3}3!}+\fracx^4}4!}+\fracx^5}5!}+\cdots$ |
$\sinx$ | $x-\fracx^3}3!}+\fracx^5}5!}-\cdots$ |
$\cosx$ | $1-\fracx^2}2!}+\fracx^4}4!}-\cdots$ |
$\ln(1+x)$ | $x-\fracx^2}2}+\fracx^3}3}-\fracx^4}4}+\cdots$ |
$\arctanx$ | $x-\fracx^3}3}+\fracx^5}5}-\cdots$ |
、应用示例
题:
极限
$
lim_x\to0}\frac\sinx-x}x^3}
$
法:
用$\sinx$的泰勒展开式:
$
sinx=x-\fracx^3}6}+o(x^3)
$
入极限表达式:
$
frac\sinx-x}x^3}=\frac\left(x-\fracx^3}6}+o(x^3)\right)-x}x^3}=\frac-\fracx^3}6}+o(x^3)}x^3}=-\frac1}6}+o(1)
$
此,
$
lim_x\to0}\frac\sinx-x}x^3}=-\frac1}6}
$
、拓展资料
步骤 | 内容 |
1 | 确定展开点和展开阶数 |
2 | 展开各函数为泰勒多项式 |
3 | 代入原式并化简 |
4 | 计算极限值 |
用泰勒公式求极限是一种体系且高效的技巧,尤其适用于含有三角函数、指数函数或对数函数的复杂极限难题。掌握常见函数的泰勒展开式并灵活运用,能够显著进步解题效率和准确性。