20. Ko’phad uchun Teylor formulasi. Ushbu
Pn(x) a0 a1(x x0) a2(x x0)2 an(x x0)n (6.24)
(bunda a0 ,a1,a2 ,,an va x0 o’zgarmas haqiqiy sonlar, nN ) ko’phadni qaraylik. Bu ko’phadni ketma–ket n marta differensiallab topamiz:
Pn(x) a1 2a2(x x0) 3a3(x x0)2 nan (x x0)n1,
Pn(x) 2a2 32a3(x x0) n(n1)an (x x0)n2,
Pn(x) 32a3 n (n 1) (n 2) an(x x0)n3, (6.25)
………………………………
Pnn(x) n(n 1)(n 2)2an
Bu (6.24) va (6.25) tengliklarda x x0 deb olinsa, unda berilgan Pn (x) ko’phad va uning hosilalari Pnk(x) (k 1, 2,,n) ning x0 nuqtadagi qiymatlari topilsin:
Pn (x0 ) a0 ,
Pn(x0 ) 1!a1 ,
Pn(x0 ) 2!a2 , …………… Pnn(x0) n!an.
Undan
a0 Pn (x0 ),
Pn(x0 ) a1 ,
1!
Pn(x0) a2 ,
2!
……………
an Pnn(x0)
n!
kelib chiqadi.
Shunday qilib, Pn (x) ko’phadning koeffitsientlari ko’phad va uning hosilalarining x0 nuqtadagi qiymatlari orqali ifodalanadi. Koeffitsientlarning bu qiymatlarini (6.24) ga qo’ysak , unda
Pn(x0)(x Pn(x )
Pn(x) Pn(x0) x0) n n! 0 (x x0)n (6.26)
1!
bo’ladi.
(6.26) formula ko’phad uchun Teylor formulasi deb ataladi.
30.Ixtiyori funksiya uchun Teylor formulasi. f (x) funksiyaa,b
intervalda aniqlangan bo’lib, u x0 a,b nuqtada f (x0), f (x0),, f n(x0) hosililarga ega bo’lsin. Funksiyaning nuqtadagi hosilalaridan foydalanib, quyidagi
f (1!x0)(x x0) f 2(!x0)(x x0)2 f nn(!x0)(x x0)n Pn( f ;x) P(x0) f (x0) ko’phadni tuzaylik.
Agar qaralyotgan f (x) funksiya ndarajali ko’phad bo’lsa, unda yuqorida (2–bandda) aytilganga ko’ra f (x) Pn ( f ;x)
ya’ni
f (1!x0)(x x0) f 2(!x0)(x x0)2 f nn(!x0)(x x0)n f (x) f (x0)
bo’ladi.
Agar f (x) funksiya ko’phad bo’lmasa, Ravshanki,
f (x)≡Pn ( f ;x)
bo’lib, ular orasida farq yuzaga keladi. Biz uni Rn (x) orqali belgilaylik:
Rn (x) f (x) Pn ( f ;x)
Natijada ushbu f (x) Pn ( f ;x) Rn (x)
ya’ni
f (x0)(x x0) f (x0)(x x0)2 f nn(!x0)(x x0)n Rn(x) (6.27) f (x) f (x0)
1! 2!
formulaga kelamiz. Bu (6.27) formula f (x) funksiya uchun Teylor formulasi deb ataladi. Rn (x) esa Teylor formulasining qoldiq hadi deyiladi.
f (x) funksiya Pn ( f;x) ko’phad bilan taqribiy f (x) Pn ( f ;x) ifodalashda Teylor formulasidan keng foydalaniladi. Bunda qoldiq had Rn (x) ni baholash muhim. Bu masalani hal qilish uchun f (x) funksiyaga “og’irroq” shart qo’yishga to’g’ri keladi. f (x) funksiyaa,b intervalda aniqlangan bo’lib, u shu intervalda uzluksiz f (x), f (x),, f n(x ) hosilalarga ega bo’lsin degan edik. Endi a,b intervalda bu funksiyaning n 1tartibli
f n1(x) hosilasi ham mavjut bo’lsin deymiz. a,b intervalda argument x ning ixtiyori qiymatini tayinlab quyidagi
f (t) f (t) 2 f n(t)(x t)n (6.28) F(t) f (x) f (t) 1! (x t) 2! (x t) n!
yordamchi funksiyani tuzamiz va uni x0 , x a,b (yoki x, x0 a,b ) segmentda qaraymiz. F(t) funksiyaning (6.28) ifodasidan uning x0 ,x segmentda uzluksiz bo’lishini ko’rish qiyin emas. Bu funksiya x0 , x intervalda hosilaga ham ega. Haqiqatan ham,
f (t) f (t) 2 f n(t) (x t)
F(t) f (t) 1! (x t) f (x) 2! (x t) 1!
- f nn1!(t) (x t)n (fnn(1t)!) (x t)n1 f nn1!(t) (x t)n
Demak,
f n1(t) n
F(t) (x t) (6.29)
n!
Endi x0 ,x segmentda uzluksiz va x0 , x intervalda chekli (nolga teng bo’lmagan ) hosilaga ega bo’lgan biror (t) funksiyani olaylik.
F(t) va (t) funksiyalarga x0 ,x segmentda Koshi teoremasini qo’llanib topamiz.
F(x) F(x0) F(c) (6.30) (x) (x0) (c)
bunda,
x0 c x (c x0 (x x0 ),0 1)
Yuqoridagi (6.28) funksiya uchun
F(x) 0, F(x0 ) Rn (x)
tengliklarga egamiz. Endi (6.29) tenglikdan t 0 da
f n1(c)
F(c) (x c) n!
bo’lishini etiborga olsak, Unda (6.30) tenglikdan
(x) (x0 ) f n1(c) (x c)n (6.31)
Rn (x)
(c) n!
c x0 (x x0 ) formula kelib chiqadi.
Shunday qilib, Teylor formulasining qoldiq hadi uchun (6.31) formula topildi. Bu holda f (x) funksiyaning Teylor formulasi quyidagi
f (x ) f (x ) f n(x )
f (x) f (x0) 1! 0 (x x0) 2! 0 (x x0)2 n! 0 (x x0)n
(x) (x0) f n1(c) (x c)n ,
(c) n!
c x0 (x x0 ), 0 1 (6.32)
ko’rinishda yoziladi.
Terlor formulasidan kengroq foydalanish maqsadida, uning qoldiq hadining turli ko’rinishlarini keltiramiz.
1). Koshi ko’rinishidagi qoldiq hadli Teylor formulasi. Yuqorida qaralgan (t) funksiya sifatida (t) x t funksiyani olaylik. Ravshanki, bu funksiya x0 , x a,b segmentda uzluksiz, x0 , x intervalda esa chekli (t) 1 hosilaga ega. Bu funksiya uchun (x) 0, (x0 ) x x0 bo’ladi. Natijada (6.31) formula quyidagi
Rn(x) f n1(c) (x c)n(x x0) n!
f n1(c) x x0 (x x0)n(x x0 f n1(c) n1(1)n, 0 1
) (x x0) n! n!
ko’rinishni oladi. Qoldiq hadning bu ifodasini (6.32)ga qo’yib topamiz.
f (x0) (x f (x ) f n(x )
f (x) f(x0)n1(c)1!(x x)xn0)1(12!)n0. (x x0)2 n! 0 (x x0)n (6.33) f 0 n!
Bu (6.33) formula f (x) funksiyaning Koshi ko’rinishidagi qoldiq hadli Teylor formulasi deb ataladi.
2). Lagranj ko’rinishidagi qoldiq hadli Teylor formulasi. Endi (t) xtn1 funksiyani olaylik. Bu funksiya ham x0 , x a,b segmentda uzluksiz, x0 , x intervalda esa chekli (t) (n1)(xt)n hosilaga ega. Bu funksiya uchun
(x) 0, (x0) (x x0)n1,
(c) (n1)(x c)n, (c x0 (x x0), 0 1)
bo’ladi. U holda yuqoridagi (6.31) formula ushbu
f n1(c) n (x x0 )n1 f n|(c)(x x0 )n1 Rn (x) n! (x c) (n 1)(x c)n (n 1)!
ko’rinishni oladi. Qoldiq hadning bu ifodasini (6.32) qo’yib topamiz:
f (x) f (x0 ) f (1!x0 ) (x x0 ) f (x0 ) (x x0 ) 2 f nn(!x0 ) (x x0 )n
2!
n1(c) (x x0 )n1. (6.34) f
n 1!
Bu formula f (x) funksiyaning Lagranj ko’rinishidagi qoldiq hadli
Teylor formulasi deb ataladi.
Teylor formulasi qoldiq hadining bu ko’rinishi sodda bo’lib, u (6.34) formuladagi navbatda keladigan hadni eslatadi. Faqat bunda funksiyaning n 1tartibli hosilasining x0 nuqtadagi qiymati o’rnida bu hosilaning c (c x0 (x x0 )) nuqtadagi qiymati olinadi.
Do'stlaringiz bilan baham: |