- •3. Единственность предела сходящейся последовательности
- •4. Ограниченность сходящейся последовательности.
- •5. Сохранение знака сходящейся последовательности
- •10.Арифметические свойства сходящихся последовательностей.
- •11. Теорема Кантора о вложенных отрезках.
- •12.Теорема Больцано-Вейерштрасса об ограниченных последовательностях.
- •13. Критерий Коши сходимости последовательности.
- •14.Теорема о существовании точных границ числовых множеств.
- •16.Теорема Больцано-Вейерштрасса о существовании предельной точки у ограниченного числового множества.
- •15. Принцип Бореля-Лебега.
- •17. Эквивалентность двух определений предела функции в точке.
- •19.Критерий Коши предела функции в точке.
- •20.Непрерывность сложной функции.
- •21. Теоремы Вейерштрасса для непрерывных функций на отрезке.
- •22. Теорема Больцано-Коши о нулях функции.
- •25. Теорема о существовании обратной функции.
- •26. Теорема о существовании и непрерывности обратной функции.
- •29. Непрерывность дифференцируемой функции.
- •30. Производная и дифференцируемость функции в точке.
- •31. Дифференцируемость функции в точке: правила дифференцирования, дифференцируемость сложной функции.
- •33. Теоремы о среднем: Ферма, Ролля, Лагранжа, Коши.
- •35. Первое правило Лопиталя.
- •36. Теорема Тейлора.
- •37. Достаточные условия экстремума.
35. Первое правило Лопиталя.
Теорема
(Лопиталя). Пусть
функции
и
:
дифференцируемы
в выколотой окрестности
точки ![]()
![]()
![]()
![]()
для
всех ![]()
существует
предел, конечный или бесконечный,
Тогда
существует и предел
и
имеет место равенство
![]()
Доказательство проведем
для случая
Функции
и
непрерывны
на некотором интервале
как
дифференцируемые на нем функции.
Доопределим функции
и
в
точке
:
.
Таким образом, они становятся непрерывными
на отрезке
.
Возьмем любое
,
тогда на отрезке
функции
и
удовлетворяют
условиям теоремы Коши о среднем значении
( Пусть
функции
и
: 1) непрерывны на отрезке
2) дифференцируемы
на интервале
3) производная
во
всех точках интервала
. Тогда
существует такая точка
,
что имеет место
),
поэтому существует точка
такая,
что
Заметим,
что
,
иначе по теореме Ролля
в
некоторой точке
.
Ясно, что и здесь
при
.
Поэтому, по правилу вычисления предела
сложной функции, имеем
![]()
Пример
1)
![]()
2)
3)![]()
36. Теорема Тейлора.
Формула
Тейлора для многочлена. Пусть
дан некоторый многочлен
-й
степени (с действительными коэффициентами)
.
Зададим произвольное
и
проведем преобразования, заменив
на
.
Получим
Собрав
подобные члены при одинаковых степенях,
находим
Это
есть разложение многочлена
по
степеням разности
.
Дифференцируя его по
,
получим
![]()
Итак,
вычислены коэффициенты
Следовательно,
многочлен
можно
представить в виде![]()
Это
есть формула Тейлора для многочлена
в
окрестности точки
.
--
многочлен Тейлора степени
от
функции
.
Если степень многочлена Тейлора
для
есть
,
то![]()
Пример. Разложим
многочлен
по
степеням
,
т. е. в окрестности точки
:
или
по-другому:
Тогда
многочлен Тейлора степени
для
есть![]()
Замечание. В
этом примере ![]()
![]()
![]()
Формула
Тейлора для произвольной функции. Если
у функции
существует
,
но функция
не
есть многочлен, то для нее можно записать
многочлен Тейлора![]()
и
остаточный член
,
который,вообще говоря,не нуль.Равенство
в
некоторой окрестности точки
называется формулой
Тейлора функции
в
окрестности точки
;
--
многочлен Тейлора степени
функции
,
--
-й
остаточный член формулы Тейлора.
Теорема
(Тейлора). Пусть
функция
имеет
-ю
производную в выколотой окрестности
точки
и
в самой точке
имеет
непрерывную
-ю
производную. Тогда
справедлива формула Тейлора
где
ее
-й
остаточный член
может
быть записан в форме Лагранжа:
и
в форме Коши:
Доказательство проведем
для
Фиксируем
(см.
рис.).
Запишем
формулу Тейлора функции
:
![]()
в
которой
--
остаточный член. Пусть
--
произвольное натуральное число.
Представим остаточный член в виде
где
-
неизвестно. Ясно, что
зависит
от
Введем
новую переменную
и
рассмотрим функцию![]()
Функция
обладает
следующими свойствами:1)
определена
и непрерывна на отрезке
,
поскольку таковы функции
на
отрезке
;2)
имеет
производную на интервале
,
так как на нем имеет производную
-го
порядка функция
;
3)![]()
так
как имеет место формула Тейлора для
функции
.
Кроме того,
.Следовательно,
функция
удовлетворяет
на отрезке
условиям
теоремы Ролля. Поэтому существует такая
промежуточная точка
,
между точками
и
,
что в ней
.Выпишем
производную
после
всех сокращений и упрощений
.
Так как
,
то получим уравнение
Отсюда
найдем
Следовательно,
с учетом того, что
остаточный
член запишется в виде
Получен
остаточный член в общей форме
При
получаем
остаточный член в форме Лагранжа, а
при
--
остаточный член в форме Коши.
Замечание. 1. Формулу Тейлора можно записать в виде
![]()
![]()
![]()
2.
Формулу Тейлора функции
в
окрестности точки
:
![]()
![]()
![]()
иногда
называют формулой Тейлора - Маклорена
функции
.
Остаточные члены
3.
Пусть функция
имеет
в некоторой окрестности точки
производную
-го
порядка, непрерывную в точке
(следовательно,
производная
-го
порядка непрерывна в окрестности
точки
).
Тогда справедлива формула Тейлора
функции
в
окрестности точки
с
остаточным членом в форме Лагранжа:![]()

![]()
Таким
образом,![]()
![]()
-
остаточный член в форме Пеано.
Формулы Тейлора основных элементарных функций
1.
,
,
,
.Получим
формулу Тейлора с остаточным членом в
форме Лагранжа:
и
в форме Пеано:![]()
Пример. Вычислим
число
и
оценим погрешность вычисления:![]()
![]()
Замечание. С
помощью формулы Тейлора можно вычислять
довольно точно значения функций и
оценивать величину ошибки, если остаточный
член берется в форме Лагранжа. Используя
формулу Тейлора с остаточным членом в
форме Пеано, такую оценку сделать
невозможно (из нее следует лишь,
что
при
и
при фиксированном
).
2.
и
т. д.,
Следовательно,
получим формулу Тейлора - Маклорена:![]()
![]()
для
любых фиксированных
.
Но особенно быстро остаточный член
стремится к
при
.

![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
В
частном случае
![]()
Пример.
Необходимо
рассмотреть
Здесь
понадобится формула Тейлора ![]()

![]()

![]()

Следовательно, 
