泰勒公式在近似计算中的应用

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  【摘 要】本文给出了泰勒公式在近似计算中的几个应用,如果函数的形式过于复杂,就可以考虑利用泰勒公式将函数用简单的多项式函数近似代替,然后依据具体的精度要求进行计算,如超越函数的近似计算,导数的近似计算以及积分的近似计算。
  【关键词】泰勒公式;超越函数;数值微分;数值积分
  在高等数学课程中,泰勒公式一直是学生学习的重点与难点. 很多学生不理解为什么要引入泰勒公式,泰勒公式又由何而来. 实际上,如果教师在授课过程中,让学生多了解一些泰勒公式的应用,那么学生对该部分内容的掌握必然会比较深入. 本文将对泰勒公式在近似计算这一方面的几个应用做简单的介绍. 下面我们先回顾一下泰勒中值定理。
  如果函数在含有的某个开区间内具有直到阶的导数,则对任意,有
  其中 ,这里是介于与之间的某个值。
  1.超越函数的近似计算
  许多超越函数如三角函数,指数函数,对数函数等都无法算出其精确值,但在理论研究和实际应用中,却需要求出来,学习了泰勒公式后,就可以将复杂的函数用简单的多项式函数近似表达,从而求出符合精度要求的近似值. 这部分的应用在高等数学课本中介绍较多,在这里仅通过一个例题来体现,不再赘述.
  .
  3.积分的近似计算
  众所周知,可以利用牛顿-莱布尼茨公式计算定积分,可是当的结构复杂,求原函数困难时,或的原函数不能用初等函数表示时,很多积分的计算就变得相当困难,如,等,有了泰勒公式这一工具,可以考虑将被积函数用简单的函数表示出来,再进行积分计算求得数值解。
  从几何意义上来说,就是用矩形面积近似代替了曲边梯形面积,上述两式称为矩形求积公式。
  参考文献:
  [1] 常迎香,栗永安等. 高等数学[M]. 北京:科学出版社,2009.
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