若 f(x) 在一段区间上连续,则
f(x)=f(x0)+f′(ξ)(x−x0)
若 f(x) 在区间上无穷可微,则
f(x)=f(x0)+f′(ξ1)(x−x0)=f(x0)+(f′(x0)+f′′(ξ2)(ξ1−x0))(x−x0)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)+f′′(ξ2)(ξ1−x0)(x−x0)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)+f′′(x0)(ξ1−x0)(x−x0)+f′′(ξ3)(ξ2−x0)(ξ1−x0)(x−x0)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)+f′′(x0)(ξ1−x0)(x−x0)+f′′(x0)(ξ2−x0)(ξ1−x0)(x−x0)+f′′(ξ4)(ξ3−x0)(ξ2−x0)(ξ1−x0)(x−x0)=...
看起来与泰勒展开很像,但是仍有差距,只能说上面的本意是好的,都是下面的人执行歪了
出于简便考虑,这里全部取 x0=0
f(x)=f(0)+f′(0)x+2!f′′(0)x2+3!f(3)(0)x3+4!f(4)(ξ)x4
其中 3!f(4)(ξ)x3 称为拉格朗日余项,记为 R4(x)
下面证明上式,构造 F(x):
F(x)=f(x)−(f(0)+f′(0)x+2!f′′(0)x2+3!f(3)(0)x3)
则 F(x) 有性质 F(0)=F′(0)=F′′(0)=F(3)(0)=0,且对于更高阶导,F(4)(x)=f(4)(x)
由柯西中值定理:
F(x)=F(x)−F(0)=x4x4−0F(x)−F(0)=x44ξ13F′(ξ1)=x441ξ13−0F′(ξ1)−F′(0)=x4413ξ22F′′(ξ2)...=x4413121ξ40F(4)(ξ4)=4!x4F(4)(ξ4)=4!x4f(4)(ξ4)=R4(x)
对拉格朗日余项取极限是显然的
x→0limx3f(x)=x→0lim4!xf(4)(ξ4)=0
f(x)=f(x0)+(x−x0)x−x0f(x)−f(x0)=f(x0)+(x−x0)f′(ξ1)=f(x0)+(x−x0)f′(ξ1)