A.Ross Elementary Analysis 泰勒公式

今天在研究泰勒公式,用的材料是A.Ross的Elementary Analysis。他证明泰勒公式的思路是这样的,首先给出泰勒级数及其余项的意义,然后证明必有$\forall x,\exists y\in(c,x)$(c是特定的某点,拿来做近似的“原点”。而x则是变量)使得$R_n(x)=\frac{f^{(n)}(y)}{n!}(x-c)^n$,就是说总存在某点离$x$不远,可以大差不差地拟合原函数,因为$R_n(x) = f(x)- \sum_{k=0}^{n-1} \frac{f^{(k)}(c)}{k!}(x-c)^n$,再据前式就是$f(x)=\sum_{k=0}^{n-1} \frac{f^{(k)}(c)}{k!}(x-c)^n + \frac{f^{(n)}(y)}{n!}(x-c)^n$。到了这一步,我们只是证明了对每个$x$,存在独特的一个点$y$能把$f(x)$写成类似泰勒级数的样子(因为只是有限项,所以只是类似而已)。每个$f^{(n)}(y)$都是独特的,就是说可能针对某些x,式子误差突然变得很大。或者针对某些阶数的$f^{(n)}(y)$,它的误差突然胜于前面任何阶数,这样一个公式是难以应用的。目前我们只是暂时找到了一种说话的方法,仍然在半途中。

我们平时说的泰勒公式就是$f(x) = \sum_{k=0}^{n-1} \frac{f^{(k)}(c)}{k!}(x-c)^n +o(x)$,在这里面我们期望的性质是展开阶数越高,出来的式子越精确,这就是说余项要越小才好,也就是$\forall x,R_n(x)\rightarrow 0$。那么,这样的情形具有什么性质呢,针对在$(a,b)$上的$f(x)$,如果它任意阶数的$f^{(n)}(x)$都小于一固定的常数$C$,我们就可以说$\forall x,R_n(x)\rightarrow 0$。因为根据上一段所述:
$$R_n(x)=\frac{f^{(n)}(y)}{n!}(x-c)^n\le\frac{C}{n!}\vert x-c\vert^n$$
而$\frac{\vert x-c\vert ^n}{n!}$是一致收敛于0,因此$R_n(x)$也如此。

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