數學新視野:從牛頓-萊布尼茲公式推導出泰勒級數

2020-12-18 電子通信和數學

泰勒級數是關於函數在某個點的的級數展開。一維泰勒級數是關於一個點 的實函數的展開,由f(x)=a我們得到

如果a = 0,則擴展為著名的Maclaurin級數。

泰勒定理(實際上是格雷戈裡首先發現的)指出,滿足某些條件的任何函數都可以表示為泰勒級數

常見的一些泰勒級數包括

為了推導函數f(x)的泰勒級數,請注意f(x)的(n+1)導數f(n+1)從點x0到任意點x的積分為

其中f^(n) (x0)是f(x)在x0處的n階導數,因此它是一個常數。現在第二次積分得到

f^(k) (x0)也是一個常數。第三次積分,

一直到n+1個積分,然後得到

重新排列,然後得到一維泰勒級數

這裡,Rn是一個餘數項,稱為拉格朗日餘項,由

重寫重積分,然後給出

現在,根據函數g(x)的中值定理,

對於[x0,x]中的某個x*。因此,對n+1次積分就得到了結果

相關焦點

  • 牛頓的數學成就——廣義二項式展開(牛頓推導過程)
    在這篇文章中,我將重點介紹牛頓早期的數學成就。我將描述他對廣義二項式展開的推導,以及他如何應用它來得到正弦函數的冪級數展開。德裡克·懷特塞德(Derek Whiteside)被認為是「同時代最重要的數學史學家」,據他說,這是正弦(和餘弦)的冪級數首次在歐洲出現。
  • 泰勒級數經典之作:有關泰勒級數前幾項的幾何原理
    泰勒級數大家應該都很熟悉了,如下所示,它可以計算任意函數f(x)所有階導數在a處的值如下就是e^x在0附近時的無窮級數形式,它是最簡單的也是最有用的級數之一,它的導數就是其本身我們現在用幾何原理來解釋泰勒級數的前幾項,這是非常有趣的,可以很好地拓展我們的數學視野用到的基礎數學知識就是微積分基本定理,如下是任意函數f(x)曲線下的面積,它可以用牛頓-萊布尼茲公式得到所以面積函數的導數就是函數本身f(x),我們在圖中取一小段dx,黃色部分的面積近似等於dx乘以函數在該處的高度
  • 淺析最美數學公式——歐拉公式之推導歸納
    本文是基於作者在高等數學和複變函數這兩門課程教學過程中的一些思考, 整理並總結了有關於大家熟知的歐拉公式在不同數學分支裡的詳細推導方法和推導過程, 以便為相關學者提供參考和借鑑。學習過高等數學的的人都學過歐拉公式, 還知道歐拉公式是指以歐拉命名的諸多公式之一。
  • 冪級數和泰勒級數、泰勒公式之間的關係
    不少同學對冪級數和泰勒級數、泰勒公式,以及麥克勞林展開式之間的區別和聯繫不清楚,本文小編力圖說明它們之間的區別和聯繫。1.泰勒中值定理和泰勒公式對於複雜函數,往往不容易研究其性質。3.麥克勞林公式在泰勒公式中,若x0=0,此時的多項式則稱為麥克勞林公式,根據餘項是拉格朗日餘項還是皮亞諾餘項,對應的多項式則稱為帶拉格朗日餘項的麥克勞林公式,帶皮亞諾餘項的麥克勞林公式。
  • 數學的奧秘:萊布尼茲級數的連分式是什麼,你見過嗎?
    有關π的連分式我們根據一般方法很容易就可以寫出來,它像√2一樣的簡單這個式子我們可以聯想到萊布尼茲級數π/4,那麼π/4的連分式是什麼樣式的呢你會發現許多能寫出連分式的數必定大於1,也就是分子大於分母,
  • 最具啟發性的證明:用微積分基本定理推導出泰勒公式
    一個函數的泰勒級數在各種應用中都非常有用,同時,它也是純數學的基礎,特別是在(復)函數理論中,如果f(x)在x=a處是無窮可微的,那麼f(x)在x=a處的泰勒級數是由定義得到的這個表達式(及其巨大的效用)來自於它是x=a點附近的最佳多項式逼近
  • π的萊布尼茲公式,無窮多個有理數相加還是有理數嗎?
    例如,著名的π的萊布尼茲公式。這個公式中,將圓周率π和所有奇數的倒數建立了聯繫,很明顯無窮多個有理數相加的結果可能是一個無理數。那麼這個公式是怎麼得到的呢?首先,我們看一下上面的公式,無論是對等式左邊做等比數列求和,還是對右邊分子進行因式分解,都能很容易得出上面的等式。
  • 論數學之美——歐拉及其對著名的巴塞爾問題的精確解(推導)
    皮埃爾西蒙·德·拉普拉斯評價歐拉對數學的影響,他有一句名言:讀歐拉,讀歐拉,他是我們所有人的主人。——皮埃爾西蒙拉普拉斯式6下一步是把方程6中的項乘起來,但只關注平方項:公式7泰勒級數泰勒級數是函數的無窮項和的表示。每一項都是從函數在一個點處的導數值計算出來的。圖6:增加泰勒級數的次數,它收斂到正確的函數。
  • 看得懂的數學之美:從青年歐拉對巴塞爾問題的解法說起
    我們經常能見到以他名字命名的公式與定理,可能最廣為人知的便是「世界上最美的公式」歐拉公式。先不說它的具體意義,能將自然數、虛數、π、0 和 1 這幾個最基本的元素組合在一起,就是令人驚嘆的美。歐拉公式將指數函數的定義域擴大到了複數域,同時建立三角函數和指數函數的關係,被譽為「數學中的天橋」。
  • E=mc^2史上最簡明的數學推導,高中基礎絕對能看懂!
    網上查了下,發現同類文章全是一些純粹的積分推導,大多都沒有太多的物理內涵。因此,決定寫一篇質能方程推導的文章,力求以最簡明的形式表達出最直接的物理內涵,因為是科普,全文將絕對不會出現積分符號。下面直接給出幾個求導的公式,因為下面的推導過程會用到。愛因斯坦的狹義相對論建立在狹義相對性原理和光速不變原理的基礎上,也就是說物理規律在任何慣性參考系上都應該是相同的,並且光速在任何慣性參考系上都具有相同的數值。
  • 數學界最著名、最偉大、最美麗的公式之一——歐拉公式
    指數函數更精確地定義為以下級數,即著名的泰勒級數之一,我們稱之為exp(x):再說一次,儘管這個級數看起來是無限的,但它是收斂的,因為每個分數的分母比分子增長得快得多,而且這個函數本身有一些驚人的性質讓我們能夠解釋分數指數和負指數的值。
  • 冷知識:牛頓對鍊金術這事比研究數學更上心!
    哈雷是一個非凡的人物,他是皇家天文學家,他發明了氣象圖和數學運算表,以及連他自己都不知道的「哈雷」彗星。有一次他在飯桌上與人打賭,證明行星運行的軌道是一個橢圓,還有背後的數學計算方法,他為了尋找行星運行軌道背後的數學原理,他去劍橋大學拜訪了牛頓,希望牛頓能回答這個問題。
  • 歐拉公式的證明_歐拉公式推導過程
    打開APP 歐拉公式的證明_歐拉公式推導過程 發表於 2017-11-28 19:59:14   在任何一個規則球面地圖上,用
  • 2022北京師範大學基礎數學考研專業目錄等綜合備考指導
    4、一元函數微分學考試內容:導數和微分的概念和關係,導數的幾何意義和物理意義,微分的幾何意義,函數的可導性與連續性之間的關係,平面曲線的切線和法線,導數和微分的四則運算,基本初等函數的導數,複合函數、反函數、隱函數以及參數方程所確定的函數的微分法,高階導數,萊布尼茲求導公式
  • 18世紀數學的發展,代數、幾何、分析三大分支開始形成
    18世紀早期,英國牛頓學派的代表人物有泰勒、馬克勞林、棣莫弗和斯特林等。泰勒發現的著名定理是把函數展成無窮級數的最有力的方法;為反駁主教貝克萊對牛頓流數法的攻擊,馬克勞林發表了著名的《流數通論》,對牛頓的流數方法做出邏輯的系統的闡述。
  • 歐拉公式中的正弦展開式:沃利斯乘積
    沃利斯乘積,又稱沃利斯公式,由數學家約翰·沃利斯在1655年時發現。在那時,微積分尚未存在,而且有關數學收斂的分析工具也還未俱全,所以完成這證明較現今有相當的難度。從現在來看,從歐拉公式中的正弦展開式得到此乘積是必然的結果上述的公式一個是根據泰勒級數得到,一個是歐拉從方程的根推導得出,有異曲同工之妙,最終從歐拉公式中的正弦展開式得到沃利斯公式
  • 2021初中八年級數學三角函數公式:三倍角公式推導
    中考網整理了關於2021初中八年級數學三角函數公式:三倍角公式推導,希望對同學們有所幫助,僅供參考。   sin3a=sin(2a+a)=sin2acosa+cos2asina 關注中考網微信公眾號  每日推送中考知識點,應試技巧 助你迎接2021年中考!
  • 「數學之王」歐拉:中國所有學生的最大噩夢,超越達文西的全才
    9歲,他就把牛頓的《自然哲學的數學原理》看完了,13歲就考入巴塞爾大學一開始是主修哲學和法律,這在當時轟動了數學界,歐拉是這所大學,也是整個瑞士大學校園裡年齡最小的學生。在讀大學的歐拉覺得主修哲學和法律太容易了、太輕鬆了。一口氣又修了數學、神學、希伯來語以及希臘語。
  • 高中數學三角函數公式輕鬆記:正切餘切兩角和差公式的推導與記憶
    如果沒有具體掌握正切和餘切如上公式的話,可以採用上文介紹的正弦和餘弦同組記的方式進行。「切」可以形象地理解成「切割」,也就是分開,在數學中「分」一般就是用分號表示,也就是「÷」之意。因此正切和餘切公式對應的就是一個分式,上為分子,下為分母。
  • 微積分中:沃利斯公式的證明以及它在數學中的應用
    約翰沃利斯(John Wallis),英國數學家,因對無窮小的研究和π的發展而聞名於世,他的無窮小思想直接導致牛頓發明了微積分。值得一提的是牛頓二項式定理的發現就是運用了沃利斯的差分法。發表1656 約翰沃利斯公式,使用正弦函數的歐拉無窮乘積進行證明使用三角函數進行證明,也是數學中的通用方法此結果將在以下使用重複這個過程,得到如下圖