$\sin x$ 的麦克劳林公式(B004)

问题

$\sin x$ 在 $x_{0}$ $=$ $0$ 处的【麦克劳林公式】是什么?
说明:下面所有选项中 $x$ 的取值范围都是:$(-\infty, +\infty)$

选项

[A].   $x$ $-$ $\frac{x^{3}}{3!}$ $+$ $\frac{x^{5}}{5!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}$ $+$ $\omicron (x^{2n+2})$

[B].   $x$ $-$ $\frac{x^{3}}{3!}$ $+$ $\frac{x^{5}}{5!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $(-1)^{n}$ $\cdot$ $\frac{x^{2n}}{(2n)!}$ $+$ $\omicron (x^{2n+2})$

[C].   $x$ $-$ $\frac{x^{3}}{3!}$ $+$ $\frac{x^{5}}{5!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $(-1)^{n}$ $\cdot$ $\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}$ $+$ $\omicron (x^{2n+2})$

[D].   $x$ $-$ $\frac{x^{3}}{3!}$ $+$ $\frac{x^{5}}{5!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $(-1)^{n}$ $\cdot$ $\frac{x^{n}}{n!}$ $+$ $\omicron (x^{2n+2})$


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$\sin x$ 的麦克劳林公式

完整版:

$\sin x$ $=$ $x$ $-$ $\frac{x^{3}}{3!}$ $+$ $\frac{x^{5}}{5!}$ $-$ $\frac{x^{7}}{7!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $(-1)^{n}$ $\cdot$ $\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}$ $+$ $\omicron (x^{2n+2})$ $.$

求和版:

$\sin x$ $=$ $\sum_{n=0}^{\infty}$ $(-1)^{n}$ $\cdot$ $\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}$ $+$ $\omicron (x^{2n+2})$ $.$

简略版:

$\sin x$ $=$ $x$ $-$ $\frac{1}{6}$ $\cdot$ $x^{3}$ $+$ $\frac{1}{120}$ $\cdot$ $x^{5}$ $.$

与等价无穷小的关系:当 $x$ $\rightarrow$ $0$ 时,$\sin x$ $\sim$ $x$ $-$ $\frac{x^{3}}{6}$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ $x$ $-$ $\sin x$ $\sim$ $\frac{x^{3}}{6}$ $.$

辅助图像:
sin x 的麦克劳林公式 | 荒原之梦
图 01. 红色曲线表示 $\sin x$ 的图像,蓝色曲线表示 $\sin x$ 对应的麦克劳林公式前两项的图像,可以看到,二者在 $x$ $=$ $0$ 附近几乎完全重合.

常用的麦克劳林公式:

$e^{x}$ 的麦克劳林公式(B004)

问题

$e^{x}$ 在 $x_{0}$ $=$ $0$ 处的【麦克劳林公式】是什么?
说明:下面所有选项中 $x$ 的取值范围都是:$(-\infty, +\infty)$

选项

[A].   $1$ $+$ $x^{2}$ $+$ $\frac{x^{3}}{2!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{x^{n}}{n!}$ $+$ $\omicron (x^{n})$

[B].   $x$ $+$ $\frac{x^{2}}{2!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{x^{n}}{n!}$ $+$ $\omicron (x^{n})$

[C].   $1$ $+$ $x$ $+$ $\frac{x^{2}}{2!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{x^{n}}{n!}$ $+$ $\omicron (x^{n})$

[D].   $1$ $+$ $x$ $+$ $\frac{x^{2}}{2!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{x^{n-1}}{(n-1)!}$ $+$ $\omicron (x^{n-1})$


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$e^{x}$ 的麦克劳林公式

完整版:
$e^{x}$ $=$ $1$ $+$ $x$ $+$ $\frac{x^{2}}{2!}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{x^{n}}{n!}$ $+$ $\omicron (x^{n})$ $.$

求和版:
$e^{x}$ $=$ $\sum_{n = 0}^{\infty}$ $\frac{x^{n}}{n!}$ $+$ $\omicron (x^{n})$ $.$

简略版:
$e^{x}$ $=$ $1$ $+$ $x$ $+$ $\frac{1}{2}x^{2}$ $+$ $\frac{1}{6}x^{3}$ $+$ $\omicron (x^{3})$ $.$

与等价无穷小的关系:当 $x$ $\rightarrow$ $0$ 时,$e^{x}$ $-$ $1$ $\sim$ $x$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ $e^{x}$ $\sim$ $1$ $+$ $x$.

辅助图像:
e^{x} 的麦克劳林公式 | 荒原之梦
图 01. 红色曲线表示 $e^{x}$ 的图像,蓝色曲线表示 $e^{x}$ 对应的麦克劳林公式前五项的图像,可以看到,二者在 $x$ $=$ $0$ 附近几乎完全重合.

常用的麦克劳林公式:

泰勒公式的定义(B004)

问题

设函数 $f(x)$ 在包含点 $x_{0}$ 的开区间 $(a, b)$ 内具有直到 $n+1$ 阶的导数,则根据【泰勒公式】,对于任意 $x$ $\in$ $(a, b)$, 有 $f(x)$ $=$ $?$
说明:选项中的 $R_{n}(x)$ 为余项,在实际计算中一般可以忽略不计.

选项

[A].   $\frac{f(x_{0})}{0!}$ $+$ $\frac{f'(x_{0})}{1!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})$ $+$ $\frac{f”(x_{0})}{2!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{2}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{f^{(n+1)}(x_{0})}{(n+1)!}$ $\cdot$ $(x-x_{0})^{n+1}$ $+$ $R_{n}(x).$


[B].   $\frac{f'(x_{0})}{1!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})$ $+$ $\frac{f”(x_{0})}{2!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{2}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{2}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{f^{(n)}(x_{0})}{n!}$ $\cdot$ $(x-x_{0})^{n}$ $+$ $R_{n}(x).$


[C].   $\frac{f(x_{0})}{0!}$ $+$ $\frac{f'(x_{0})}{1!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})$ $+$ $\frac{f”(x_{0})}{2!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{2}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{f^{(n)}(x_{0})}{n!}$ $\cdot$ $(x-x_{0})^{n}$ $+$ $R_{n}(x).$


[D].   $\frac{f(x_{0})}{1!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})$ $+$ $\frac{f'(x_{0})}{2!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{2}$ $+$ $\frac{f”(x_{0})}{3!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{3}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{f^{(n)}(x_{0})}{(n+1)!}$ $\cdot$ $(x-x_{0})^{n+1}$ $+$ $R_{n}(x).$



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$f(x)$ $=$ $\sum_{k=0}^{n}$ $\frac{f^{(k)} (x_{0})}{k!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{k}$ $+$ $R_{n}(x)$ $\color{Red}{\Rightarrow}$

$f(x)$ $=$ $\frac{f(x_{0})}{0!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{0}$ $+$ $\frac{f'(x_{0})}{1!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})$ $+$ $\frac{f”(x_{0})}{2!}$ $\cdot$ $(x – x_{0})^{2}$ $+$ $\cdots$ $+$ $\frac{f^{(n)}(x_{0})}{n!}$ $\cdot$ $(x-x_{0})^{n}$ $+$ $R_{n}(x).$

备注:$0!$ $=$ $1!$ $=$ $x^{0}$ $=$ $1$.

什么是极值点和最值点?

什么是极值点和最值点?| 荒原之梦
图 01. 图中 “local maximum” 表示极大值点、”local minimum” 表示极小值点、”global maximum” 表示最大值、”global minimum” 表示最小值.

本文是关于一元函数极值点和最值点的讨论,如果想学习二元函数极值点和最值点的相关问题可以点击下面的按钮:

继续阅读“什么是极值点和最值点?”

柯西中值定理(B004)

问题

设函数 $f(x)$ 和 $g(x)$ 均满足在闭区间 $[a, b]$ 上连续,在开区间 $(a, b)$ 内可导,且 $g'(x)$ $\neq$ $0$, 则根据【柯西中值定理】可知,存在 $\xi$ $\in$ $(a,b)$ 使得下列哪个选项是正确的?

选项

[A].   $\frac{f(b) + f(a)}{g(b) + g(a)}$ $=$ $\frac{f'(\xi)}{g'(\xi)}$


[B].   $\frac{f(b) + f(a)}{g(b) – g(a)}$ $=$ $\frac{f'(\xi)}{g'(\xi)}$


[C].   $\frac{f(b) – f(a)}{g(b) – g(a)}$ $=$ $\frac{f(\xi)}{g(\xi)}$


[D].   $\frac{f(b) – f(a)}{g(b) – g(a)}$ $=$ $\frac{f'(\xi)}{g'(\xi)}$



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$\frac{f(b) – f(a)}{g(b) – g(a)}$ $=$ $\frac{f'(\xi)}{g'(\xi)}$

拉格朗日中值定理(02-B004)

问题

设函数 $f(x)$ 在闭区间 $[a, b]$ 上连续,在开区间 $(a, b)$ 内可导,则根据【拉格朗日中值定理】可知,下列哪个选项是正确的?

选项

[A].   $f(x_{0} + \Delta x)$ $-$ $f(x_{0})$ $=$ $f'(x_{0} + \theta \Delta x)$ $\div$ $\Delta x$

[B].   $f(x_{0} + \Delta x)$ $-$ $f(x_{0})$ $=$ $f'(x_{0} + \Delta x)$ $\cdot$ $\Delta x$

[C].   $f(x_{0} + \Delta x)$ $-$ $f(x_{0})$ $=$ $f'(x_{0} + \theta \Delta x)$ $\cdot$ $\Delta x$

[D].   $f(x_{0} + \Delta x)$ $+$ $f(x_{0})$ $=$ $f'(x_{0} + \theta \Delta x)$ $\cdot$ $\Delta x$


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$f(x_{0} + \Delta x)$ $-$ $f(x_{0})$ $=$ $f'(x_{0} + \theta \Delta x)$ $\cdot$ $\Delta x$ $\color{Red}{\Rightarrow}$
$\frac{f(x_{0} + \Delta x) – f(x_{0})}{\Delta x}$ $=$ $f'(x_{0} + \theta \Delta x)$, 其中 $0$ $<$ $\theta$ $<$ $1$.

说明:$\theta$ 的取值在 $0$ 到 $1$ 之间,可以保证 $x_{0} + \theta \Delta x$ 的取值在 $x_{0}$ 到 $x_{0} + \Delta x$ 之间.

拉格朗日中值定理(01-B004)

问题

设函数 $f(x)$ 在闭区间 $[a, b]$ 上连续,在开区间 $(a, b)$ 内可导,则根据【拉格朗日中值定理】可知,存在 $\xi$ $\in$ $(a,b)$ 使得下列哪个选项是正确的?

选项

[A].   $\frac{f(b) + f(a)}{b – a}$ $=$ $f'(\xi)$


[B].   $\frac{f(b) – f(a)}{b + a}$ $=$ $f'(\xi)$


[C].   $\frac{f(b) – f(a)}{b – a}$ $=$ $f'(\xi)$


[D].   $\frac{f(b) + f(a)}{b + a}$ $=$ $f'(\xi)$



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$\frac{f(b) – f(a)}{b – a}$ $=$ $f'(\xi)$

罗尔定理(B004)

问题

设函数 $f(x)$ 在闭区间 $[a, b]$ 上连续,在开区间 $(a, b)$ 内可导,且 $f(a)$ $=$ $f(b)$, 则根据【罗尔定理】可知,下列哪个选项是正确的?

选项

[A].   存在 $\xi$ $\in$ $(a,b)$, 使得 $f'(\xi)$ $=$ $0$.

[B].   存在 $\xi$ $\in$ $[a,b]$, 使得 $f'(\xi)$ $=$ $1$.

[C].   存在 $\xi$ $\in$ $(a,b)$, 使得 $f'(\xi)$ $=$ $1$.

[D].   存在 $\xi$ $\in$ $[a,b]$, 使得 $f'(\xi)$ $=$ $0$.


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存在 $\xi$ $\in$ $(a,b)$, 使得 $f'(\xi)$ $=$ $0$.

费马引理(B004)

问题

设函数 $f(x)$ 在邻域 $U(x_{0})$ 内有定义,并且在点 $x_{0}$ 处可导,如果对于任意 $x_{0}$ $\in$ $U(x_{0})$, 都有 $f(x)$ $\leqslant$ $f(x_{0})$ 或 $f(x)$ $\geqslant$ $f(x_{0})$, 则根据【费马引理】可知,下列哪个选项是正确的?

选项

[A].   $f'(x_{0})$ $=$ $1$

[B].   $f(x_{0})$ $=$ $0$

[C].   $f'(x_{0})$ $=$ $0$

[D].   $f(x_{0})$ $=$ $1$


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$f'(x_{0})$ $=$ $0$

说明:如果函数上某个点不是区间的端点,而且是该区间上的最高点或最低点,则该点处的切线一定是水平的,即导函数值为零.

换一种说法就是:可导函数的极值点一定是驻点.

二阶导与函数的凹凸性(B003)

问题

已知,【二阶】导函数 $y”$ 的【正负】能够反映原函数 $y$ 的【凹凸性】,则以下说法正确的是哪一项?

选项

[A].   $\begin{cases} & y” > 0 \Rightarrow y \ 凹; \\ & y” < 0 \Rightarrow y \ 凸; \end{cases}$


[B].   $\begin{cases} & y” > 0 \Rightarrow y \ 不凹不凸; \\ & y” < 0 \Rightarrow y \ 凸; \end{cases}$


[C].   $\begin{cases} & y” > 0 \Rightarrow y \ 凹; \\ & y” < 0 \Rightarrow y \ 不凹不凸; \end{cases}$


[D].   $\begin{cases} & y” > 0 \Rightarrow y \ 凸; \\ & y” < 0 \Rightarrow y \ 凹; \end{cases}$



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$\begin{cases} & y” > 0 \Rightarrow y \ 凹; \\ & y” < 0 \Rightarrow y \ 凸; \\ & y” = 0 \Rightarrow y \ 不凹不凸 \end{cases}$

注意:

利用二阶导函数判断曲线凹凸性的前提是:函数在对应的闭区间内连续,在对应的开区间内二阶可导——例如,函数 $f(x)$ 在闭区间 $[a, b]$ 上连续,在开区间 $(a, b)$ 内具有二阶导函数,此时,我们就可以利用函数 $f(x)$ 的二阶导函数 $f”(x)$ 判断其在区间 $[a, b]$ 上的凹凸性了。

一阶导与函数的单调性(B003)

问题

已知,【一阶】导函数 $y’$ 的【正负】能够反映原函数 $y$ 的【单调性】,则以下说法正确的是哪一项?

选项

[A].   $\begin{cases} & y’ > 0 \Rightarrow y \ 不增不减; \\ & y’ < 0 \Rightarrow y \ 单调递减. \end{cases}$


[B].   $\begin{cases} & y’ > 0 \Rightarrow y \ 单调递增; \\ & y’ < 0 \Rightarrow y \ 不增不减. \end{cases}$


[C].   $\begin{cases} & y’ > 0 \Rightarrow y \ 单调递减; \\ & y’ < 0 \Rightarrow y \ 单调递增. \end{cases}$


[D].   $\begin{cases} & y’ > 0 \Rightarrow y \ 单调递增; \\ & y’ < 0 \Rightarrow y \ 单调递减. \end{cases}$



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$\begin{cases} & y’ > 0 \Rightarrow y \ 单调递增; \\ & y’ < 0 \Rightarrow y \ 单调递减; \\ & y’ = 0 \Rightarrow y \ 不增不减. \end{cases}$

参数方程求二阶导的方法(B003)

问题

设有参数方程 $\begin{cases} & x = a(t), \\ & y = b(t) \end{cases}$, 该参数方程所确定的函数为 $y$ $=$ $y(x)$, 其中 $a'(t)$ 和 $b'(t)$ 以及 $a”(t)$ 和 $b”(t)$ 均存在,且 $a'(t)$ $\neq$ $0$, 则该参数方程的二阶导数 $y”$ $=$ $?$

选项

[A].   $\frac{b”(t) a'(t) + b'(t) a”(t)}{a’^{3}(t)}$


[B].   $\frac{b”(t) a'(t) – b'(t) a”(t)}{a'(t)}$


[C].   $\frac{b”(t) a'(t) – b'(t) a”(t)}{a’^{2}(t)}$


[D].   $\frac{b”(t) a'(t) – b'(t) a”(t)}{a’^{3}(t)}$



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$y”$ $=$ $\frac{\mathrm{d}^{2} y}{\mathrm{d} x^{2}}$ $=$ $\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} x}$ $\cdot$ $(\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x})$ $\color{Red}{\Rightarrow}$

$\frac{\mathrm{d}^{2} y}{\mathrm{d} x^{2}}$ $=$ $\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} t}$ $\cdot$ $(\frac{b'(t)}{a'(t)})$ $\cdot$ $\frac{\mathrm{d} t}{\mathrm{d} x}$ $\color{Red}{\Rightarrow}$

$\frac{\mathrm{d}^{2} y}{\mathrm{d} x^{2}}$ $=$ $\frac{b”(t) a'(t) – b'(t) a”(t)}{a’^{2}(t)}$ $\cdot$ $\frac{1}{a'(t)}$ $\color{Red}{\Rightarrow}$

$\frac{\mathrm{d}^{2} y}{\mathrm{d} x^{2}}$ $=$ $\frac{b”(t) a'(t) – b'(t) a”(t)}{a’^{3}(t)}.$

参数方程求一阶导的方法(B003)

问题

设有参数方程 $\begin{cases} & x = a(t), \\ & y = b(t) \end{cases}$, 该参数方程所确定的函数为 $y$ $=$ $y(x)$, 其中 $a'(t)$ 和 $b'(t)$ 均存在,且 $a'(t)$ $\neq$ $0$, 则 $y’$ $=$ $?$

选项

[A].   $\frac{b(t)}{a'(t)}$


[B].   $\frac{a'(t)}{b(t)}$


[C].   $\frac{a'(t)}{b'(t)}$


[D].   $\frac{b'(t)}{a'(t)}$



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$y’$ $=$ $\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x}$ $=$ $\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} t}$ $\cdot$ $\frac{\mathrm{d} t}{\mathrm{d} x}$ $=$ $\frac{\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} t}}{\frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} t}}$ $=$ $\frac{b'(t)}{a'(t)}$


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