background image

1

Wykład ósmy

Wzór Taylora i Maclaurina

Tw 1. (Taylora) Jeżeli funkcja ma ciągłe pochodne do n − 1 rzędu, n ­ 1, włącznie
w przedziale domkniętym o końcach x

0

oraz ma pochodną n–tego rzędu wewnątrz tego

przedziału, to istnieje punkt z wnętrza tego przedziału taki, że

(x)−f (x

0

) = f

0

(x

0

)·(x−x

0

)+

f

00

(x

0

)

2!

·(x−x

0

)

2

+· · ·++

f

(n−1)

(x

0

)

(n − 1)!

·(x−x

0

)

n−1

+

f

(n)

(c)

n!

·(x−x

0

)

n

wzór Taylora z n–tą pochodną

dla funkcji i punktu x

0

,

ostatni składnik – n–ta reszta

wzoru Taylora

.

Po przeniesieniu składnika (x

0

) na prawą stronę wzór Taylora można zapisać w postaci:

(x) =

n−1

X

k=0

f

(k)

(x

0

)

k!

· (x − x

0

)

k

+

f

(n)

(c)

n!

· (x − x

0

)

n

.

Pomijając ostatni składnik otrzymujemy przybliżenie

(x

n−1

X

k=0

f

(k)

(x

0

)

k!

· (x − x

0

)

k

Wartość bezwzględna błędu przybliżenia nie przekracza

|f

(n)

(c)|

n!

· |x − x

0

|

n

.

Dla x

0

= 0 wzór Taylora – zwany wówczas

wzorem Maclaurina

– ma postać

(x) =

n−1

X

k=0

f

(k)

(0)

k!

· x

k

+

f

(n)

(c)

n!

· x

n

, c − między 0 i x;

a przybliżenie

(x

n−1

X

k=0

f

(k)

(x

0

)

k!

· x

k

Ważne przykłady rozwinięć wg wzoru Maclaurina

1. Dla funkcji (x) = e

x

wzór Maclaurina dla dowolnego x ∈ R ma postać

e

x

=

n−1

X

k=0

1

k!

· x

k

+

e

c

n!

x

n

leży między 0 i x

background image

2

2. Dla (x) = sin dla każdego x ∈ R i n ∈ N:

sin x −

x

3

3!

+

x

5

5!

· · · +

sin



(n − 1) ·

π

2



(n − 1)!

x

(n−1)

+

sin



n ·

π

2



n!

x

n

leży między 0 i x.

3. Dla (x) = cos dla każdego x ∈ R i n ∈ N:

cos = 1 

x

2

2!

+

x

4

4!

· · · +

cos



(n − 1) ·

π

2



(n − 1)!

x

(n−1)

+

cos



n ·

π

2



n!

x

n

leży między 0 i x.

= 1 + +

x

2

2

= 1 + +

x

2

2

+

x

3

6

= ã

x

-3

-2

-1

1

2

3

X

5

10

15

Y

= sinx

-

x

3

6

-

x

3

6

+

x

5

120

-2

2

4

X

-4

-2

2

4

Y

= cosx

= 1 -

x

2

2

= 1 -

x

2

2

+

x

4

24

-2

2

4

X

-4

-2

2

4

Y

background image

3

Całka nieoznaczona

Def. 1. Funkcja jest

funkcją pierwotną

funkcji na przedziale X, jeśli zachodzi równość

F

0

(x) = (x) dla każdego x ∈ X .

Operacja wyznaczania funkcji pierwotnej jest operacją odwrotną do operacji różniczkowania.

Tw 2. Jeżeli funkcja jest funkcją pierwotną funkcji na przedziale X, to

1. każda funkcja postaci +C , C ∈ R jest funkcją pierwotną funkcji na tym przedziale;

2. jeżeli F

1

jest dowolną funkcją pierwotną funkcji na przedziale X, to F

1

C

0

dla

pewnego C

0

∈ R.

Ostatnie zdanie przestaje być prawdziwe, gdy nie jest przedziałem.

Operacje wyznaczania funkcji pierwotnej funkcji na przedziale nazywamy

całkowaniem

.

Def. 2. Zbiór wszystkich funkcji pierwotnych funkcji na danym przedziale nazywamy

całką

nieoznaczoną

funkcji i oznaczamy przez

Z

(x)dx.

zmienna całkowania

;

funkcja podcałkowa

;

(x)dx 

wyrażenie podcałkowe

.

Uwaga 1. Jeśli jest dowolną funkcją pierwotną funkcji , to

Z

(x)dx =

Z

F

0

(x)dx (x) + C , C ∈ R

Tw 3. (O istnieniu funkcji pierwotnej) Jeżeli funkcja jest ciągła w przedziale X, to posiada
w tym przedziale funkcję pierwotną.

Z reguł różniczkowania wynikają wzory:

Z

((x) + g(x))dx =

Z

(x)dx +

Z

g(x)dx ,

Z

A · f (x)dx A ·

Z

(x)dx , A ∈ R

background image

4

Wzory podstawowe

Z definicji funkcji pierwotnej i wzorów na pochodne funkcji elementarnych wynikają nastę-
pujące wzory podstawowe:

Z

0dx C

Z

dx C

Z

x

α

dx =

x

α+1

α + 1

C, α 61

Z

dx

x

= ln |x| C

Z

sin xdx − cos C

Z

cos xdx = sin C

Z

dx

cos

2

x

= tg C

Z

dx

sin

2

x

− ctg C

Z

dx

1 + x

2

= arctg C

Z

dx

− x

2

= arcsin C

Z

e

x

dx e

x

C,

Z

a

x

dx =

a

x

ln a

C, a > ∧ a 6= 1

Z

sh xdx = ch C

Z

ch xdx = sh C

Tw 4. (o całkowaniu przez części) Jeżeli funkcje f , f

0

, g , g

0

są ciągłe na przedziale X,

to

Z

(x)g

0

(x)dx (x)g(x

Z

f

0

(x)g(x)dx.

Tw. o całkowaniu przez części można stosować więcej niż jeden raz.