极限专题 / Taylor 展开
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Taylor 展开

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

若 f 在 a 附近具有所需阶导数,n 阶 Taylor 多项式为 Pₙ(x)=Σ[k=0,n] f^(k)(a)(x−a)^k/k!,并有 f(x)=Pₙ(x)+Rₙ(x)。

Pₙ(x) → Rₙ(x) → 展开阶数

二、基本定理

条件与结论

Taylor 定理的 Lagrange 余项为 Rₙ(x)=f^(n+1)(ξ)(x−a)^(n+1)/(n+1)!,其中 ξ 严格位于 a 与 x 之间;使用时需满足相应连续性和可导性条件。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 先确定展开点、目标精度和可能抵消的项。
  2. 展开到第一个未被抵消的非零项,并保留余项阶。
  3. 对复合函数先判断内层变量的阶,再代入展开。

例题提示:例:求含 1−cos x 的极限时至少保留二阶项;把 O(x⁴)误写成等式会丢失误差控制。

四、推广应用

综合题中的连接

可用于极限、误差估计、积分近似、局部极值和幂级数;多元情形对应 Hessian 二次型。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:例:求含 1−cos x 的极限时至少保留二阶项;把 O(x⁴)误写成等式会丢失误差控制。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

Taylor 展开:从定义到应用Pₙ(x)Rₙ(x)展开阶数
Taylor 展开的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

常用等价无穷小

sin u ~ u
tan u ~ u
ln(1+u) ~ u
eu−1 ~ u
1−cos u ~ u²/2

条件:u→0。主要用于乘除结构;相减时检查抵消。

场景:基本未定式、复合极限。

Taylor 展开

eu=1+u+u²/2!+O(u³)
sin u=u−u³/3!+O(u⁵)
cos u=1−u²/2!+O(u⁴)
ln(1+u)=u−u²/2+O(u³)

条件:展开点和保留阶数明确。

场景:首项抵消、精确阶数、误差估计。

阶数与余项

f(u)=Pn(u)+O(un+1)
α=o(β) ⇔ α/β→0

条件:同一趋近过程下比较。

场景:判断主导项和确定展开深度。

使用边界

公式必须和适用条件一起使用;遇到边界、端点、方向或定义域问题,先检查条件再代入。