依稀记得大学时的高等数学课,考试前的最后一刻,突击记忆了“恐怖”的泰勒公式,只是怕记得早忘得快。俗话说:年少不知泰勒好,错把其他当成宝。直到若干年后才真正懂得,它才是函数的终极杀器。
布鲁克·泰勒(英语:Brook Taylor,1685年8月18日-1731年11月30日)出生于英格兰密德萨斯埃德蒙顿,1709年在伦敦获法学硕士学位,并于两年后获法学博士学位。(对,没看错,是法学!)。
泰勒本尊
他也学习数学。1708年他获得了“振荡中心”问题的一个解决方法,但是这个解法直到1714年才被发表。因此也直接导致了约翰·伯努利与他争谁首先得到解法的问题。1715年他发表的《直接与间接的增量方法》为高等数学添加了一个新的分支,今天这个方法被称为有限差分方法。在该著作中他提出了著名的“泰勒公式”。但直到他逝世41年后,拉格朗日才认识到这个公式的重要性,并称之为“导数计算的基础”。
1712年泰勒被选入皇家学会,同年他加入判决牛顿和莱布尼茨就微积分发明权的案子的委员会(著名的“牛莱之争”,我们以后再表),两年后出任英国皇家学会秘书,四年后因健康理由辞退职务。1717年,他以泰勒定理求解了数值方程。最后在1731年于伦敦逝世。
拉格朗日为什么会称“泰勒公式”为“导数计算的基础”呢?泰勒公式又究竟有什么意义呢?
其实说简单点,就是一些函数太虐心,以我们人类的智商搞不定,于是,我们就用得心应手的简单多项式函数来近似表达。这就完美体现了微积分中增量逼近法精髓内涵,在近似计算上让我们不得不交口称赞:
它的推导大家有兴趣以后我们可以再聊聊,今天,我们就看一看,泰勒公式是如何降维打击,如何秒杀函数问题的。
先来看看泰勒公式和他的变形式麦克劳林公式:
当时,就是变形后的麦克劳林公式。
以2022年全国数学一卷单选第7题来说:
标准答案中构造函数略显唐突,因为在实战中,根本没有那么多的时间,那现在我们记住两个泰勒公式的二级结论:
将x分别代入0.1和-0.1(算到二阶就够用了),分别得到a=0.1105,c=0.105,b=0.111,1分钟,直接出答案:C.c<a<b。
泰勒公式解决高等数学中的极限问题更是如探囊取物。
泰勒公式的妙用还远不止于此,泰勒公式的发现,就像三体文明向地球扔出了一张二向箔,真正打开了微积分中增量逼近的大门。