Docsity
Docsity

Prepare for your exams
Prepare for your exams

Study with the several resources on Docsity


Earn points to download
Earn points to download

Earn points by helping other students or get them with a premium plan


Guidelines and tips
Guidelines and tips

excersice toán cao cấp, Exercises of Economics

bài tập toán cao cấp các chương

Typology: Exercises

2022/2023

Uploaded on 05/31/2025

quynh-duong-6
quynh-duong-6 🇻🇳

2 documents

1 / 65

Toggle sidebar

This page cannot be seen from the preview

Don't miss anything!

bg1
Toán cao cấp A1
1
Chương 1. PHÉP TÍNH VI PHÂN HÀM MỘT BIẾN
Bài 1. GIỚI HẠN CỦA DÃY SỐ THỰC
1.1. Các định nghĩa
Định nghĩa 1. Một hàm số
f
đi từ tập các số nguyên dương
*
vào tập số thực
*
:f
, theo đó với mỗi số nguyên dương
*
n
cho tương ứng với duy nhất một
số thực
n
x
. Mỗi hàm số như vậy được gọi là một dãy số thực được biểu diễn như
sau:
12
, ,..., ,...
n
x x x
viết gọn là
n
x
. Số
n
x
được gọi là số hạng tổng quát.
Ví dụ 1. Cho một hàm số
được xác định như sau:
13
n
f n x n
. Ta
1 2 3 4
4, 7, 10, 13,...x x x x
Khi đó ta có dãy số:
4, 7, 10, 13, ...., 1 3 , ....n
Số hạng tổng quát
13
n
xn
.
Định nghĩa 2. Dãy
n
x
được gọi là hội tụ về số thực
a
nếu
0, N=N

sao
cho
Nn
thì
n
xa

. Và khi đó
a
được gọi là giới hạn của dãy số
n
x
, kí hiệu:
lim n
nxa

hay
n
xa
khi
n
.
Ví dụ 2.Chứng minh rằng dãy số sau đây hội tụ về 2017.
1 1 1 1 1
2018, 2017 , 2017 , 2017 , 2017 , .... , 2017 , ...
2345 n
Giải.Ta có
11
2017 2017
nn
xx
nn
. Ta cần chứng minh
0, N=N

sao cho
Nn
thì
1
2017
n
xn
Thật vậy, với mọi
cho trước ta chọn
1
N=



(là phần nguyên của
1
) , khi đó
11
Nnnn
(đpcm).
Ví dụ 3. Chứng minh rằng
2
2
lim 0
1
n
n
n

.
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19
pf1a
pf1b
pf1c
pf1d
pf1e
pf1f
pf20
pf21
pf22
pf23
pf24
pf25
pf26
pf27
pf28
pf29
pf2a
pf2b
pf2c
pf2d
pf2e
pf2f
pf30
pf31
pf32
pf33
pf34
pf35
pf36
pf37
pf38
pf39
pf3a
pf3b
pf3c
pf3d
pf3e
pf3f
pf40
pf41

Partial preview of the text

Download excersice toán cao cấp and more Exercises Economics in PDF only on Docsity!

Chương 1. PHÉP TÍNH VI PHÂN HÀM MỘT BIẾN

Bài 1. GIỚI HẠN CỦA DÃY SỐ THỰC

1.1. Các định nghĩa

Định nghĩa 1. Một hàm số f đi từ tập các số nguyên dương

vào tập số thực

 

f : ^ , theo đó với mỗi số nguyên dương

(^) n  cho tương ứng với duy nhất một

số thực xn . Mỗi hàm số như vậy được gọi là một dãy số thực và được biểu diễn như

sau: 1 2

n x x x viết gọn là  n

x. Số

n

x được gọi là số hạng tổng quát.

Ví dụ 1. Cho một hàm số

f :  được xác định như sau:   1 3 n

f n  x   n. Ta có

1 2 3 4

x  4, x  7, x  10, x 13,... Khi đó ta có dãy số:

4, 7, 10, 13, ...., 1 3 , .... n

Số hạng tổng quát 1 3

n

x   n.

Định nghĩa 2. Dãy  n x được gọi là hội tụ về số thực a nếu    0, N=N (^)   sao

cho  n Nthì xna  . Và khi đó a được gọi là giới hạn của dãy số (^)  xn , kí hiệu:

lim

n n

x a



 hay

xn  a

khi n  .

Ví dụ 2 .Chứng minh rằng dãy số sau đây hội tụ về 2017.

2 3 4 5 n

Giải. Ta có

xn 2017 xn 2017 n n

    . Ta cần chứng minh

   0, N=N (^)   sao cho  n Nthì

n

x

n

Thật vậy, với mọi  cho trước ta chọn

N=

(là phần nguyên của

) , khi đó

n N n

n

 

      (đpcm).

Ví dụ 3. Chứng minh rằng 2

lim 0

n 1

n

 n

Giải. Ta cần chứng minh    0, N=N (^)   sao cho  n Nthì 2

n

n

 

. Nhận

thấy rằng 2 2

n n

n n n

, để

n

n

 

   , vậy với mọi  cho trước ta chọn

N=

khi đó 2

N

n

n n

n n

  

(đpcm).

Định nghĩa 3. Giới hạn tại vô cực:

lim (^) n 0,   n

x E N E



      sao cho  nN E  thì n

x  E.

lim (^) n 0,   n

x E N E



      sao cho  nN E  thì xn   E.

Ví dụ 4. Chứng minh rằnglim ( 1)

n

n

a a



Giải. Ta cần chứng minh  E  0, N E   sao cho  nN E  thì

n aE. Nhận thấy rằng

để

ln

ln ln ln ln

ln

n n E

a E a E n a E n

a

      . Vậy  E  0 ta chọn

 

ln

ln

E

N E

a

, khi đó  nN E  thì

ln

ln

E n

n a E

a

   (đpcm).

Định nghĩa 4.

Dãy (^)  xn được gọi là bị chặn trên nếu tồn tại số thực a sao cho xia ,  x (^) i  xn .

Dãy  n x được gọi là bị chặn dưới nếu tồn tại số thực a sao cho ,   i i n

x  a  x  x.

Dãy  n

x được gọi là bị chặn nếu nó vừa bị chặn trên vừa bị chặn dưới, nghĩa là nếu tồn tại

số thực a sao cho xia ,  x (^) i  xn .

1.2. Các định lí về giới hạn của dãy số

1.2.1.Tiêu chuẩn hội tụ 1: Nếu yn  xn  zn , n  n 0 với n 0 là số tự nhiên lớn hơn 0 bất

kì vàlim lim

n n n n

y z a

 

  thìlim

n n

x a



1.2.2.Tiêu chuẩn hội tụ 2 (tiêu chuẩn Cauchy): điều kiện cần và đủ để dãy  n

x có giới

hạn là

   0, N=N (^)   : xn (^)  pxn   nN và   p.

1.2.3.Tiêu chuẩn hội tụ 3: Dãy đơn điệu và bị chặn thì hội tụ.

- Dãy đơn điệu tăng và bị chặn trên thì hội tụ. - Dãy đơn điệu giảm và bị chặn dưới thì hội tụ.

Bài 2. GIỚI HẠN HÀM SỐ

Giả s f là hàm số xác định trên tập D  và a Dhoặc a D.

2 .1. Giới thi u các hà số lư ng giác ngư c

a. Hàm số y arcsin x (Đọc là ac-sinx).

Người ta chứng minh được rằng: y  sin x,   2  x   2  x  arcsin y,   1 y  1.

Như vậy, hàm số:

f : [   2;  2]  [ 1;1], x sin x

O

1

2 ^ 

2

y sinx x

y

có hàm số ngược:

1 f : [ 1;1] [ 2; 2], x arcsin x

     

O^1

2

2 ^ 

x

y

y arcsinx

Hàm số y arcsin xcó miền xác định [ 1;1] , miền giá trị [   2; 2], là hàm số tăng trên

[ 1;1].

b. Hàm số y arccosx (Đọc là ac-cosx).

Ta có: y  cosx,0  x    x  arccos y,   1 y  1.

Vậy, hàm sốf : [0;   ] [ 1;1], x cosx

O

1

2

y cosx

 (^) x

y

có hàm số ngược:

1 f : [ 1;1] [0; ], x arccos x

   

-1 O^1

2

x

y

y arccosx

Hàm số y arccosxcó miền xác định [ 1;1] , miền giá trị  0;, là hàm số giảm trên[ 1;1]

c. Hàm số (^) y arctan x (Đọc là ac-tanx).

Ta có: y  tan x,   2  x   2  x  arctan y, y.

Hàm số f : (   2;  2)  , x tan x

O

2 ^  2

y tanx

x

y

có hàm số ngược:

1 f : ( 2; 2), x arctan x

    

O

2

2 ^ 

x

y

y arctanx

Hàm số y arctan xcó miền xác định , miền giá trị (   2; 2), là hàm số tăng trên.

d. Hàm số y arccot x (Đọc là ac-cotx).

Ta có: y  cot x,0  x    x  arccot y, y.

Hàm sốf : (0;  ) , x cotx

O

2

y cotx

 (^) x

y

có hàm số ngược

1 f : (0; ), x arccot x

  

O

2

x

y

y arccotx

Hàm số (^) y arccot xcó miền xác định , miền giá trị (^)  0;, là hàm số giảm trên.

2 .2. Định nghĩa giới hạn hà số

a. Giới hạn tại đi h u hạn.

Số L được gọi là giới hạn của f (x) tại điểm a nếu với   0 bất k tồn tại   0 sao

cho với mọi x th a mãn 0  x  a thì ta có f (x)  L .

Viết gọn dưới dạng k hiệu logic:

  x a

lim f (x) L 0, 0, x D : 0 x a f (x) L 

Ví dụ. Chứng t rằng

2

x 3

lim ( x 6x 9) 0 

  . HD:   0 , chọn   .

b. Giới hạn ột bên.

Ta định nghĩa giới hạn phải, giới hạn trái của f (x)tại a (nếu có) như sau:

  x a

lim f (x) L 0, 0, x D : 0 x a f (x) L  

  x a

lim f (x) L 0, 0, x D : 0 a x f (x) L  

Nhận xét. x a (^) x a x a

lim f (x) L lim f (x) lim f (x) L  (^)  ^ 

  • Nếu Q(a)  0 thì x a x a

P(x) P(a) lim f (x) lim   Q(x) Q(a)

  • Nếu P(a)  0; Q(a)  0 thì phân thức

P(x)

Q(x)

cần giản ước một hoặc vài lần cho x a.

Ví dụ. Tính

3

2 x 1

x 1 I lim x 3x 2

   

. ĐS: I   3.

Trư ng h p 2. Khi f (x) là hàm có chứa các biểu thức vô tỷ, thì bằng cách đặt phép thế để

đưa nó về dạng hữu tỷ hoặc biến đổi để đưa biểu thức vô tỷ từ mẫu số lên t số hoặc ngược

lại.

Ví dụ. Tính x 0

x I lim  x 1 1

  

. ĐS: I  2.

Trư ng h p 3. Khi f (x) có chứa các biểu thức lượng giác, thường áp dụng x 0

sin x lim 1  (^) x

Ví dụ. Tính 2 x 0

1 cos x I lim  x

 . ĐS:

1 I 2

b. Dạng

Khi

m

n

P (x) f (x) Q (x)

 , trong đó P (x),Q (x)m n là hai đa thức bậc m và n tương ứng. Ta chia t

số và mẫu số cho

k (^) x , với k max(m;n).

Ví dụ. Tính

3

x^5

x x 2 I lim  x 4

   

. ĐS: I  0.

c. Dạng  :

Để tìm giới hạn của hàm số trong trường hợp này, ta biến đổi để đưa nó về dạng

0

0

hoặc

, và tiếp theo là áp dụng các phương pháp giải như đã nói ở trên.

Ví dụ. Tính  

2

x

I lim x 4x x 

  . ĐS: I  2.

d. Dạng 0. :

Trong trường hợp này, ta cũng biến đổi để đưa nó về dạng

0

0

hoặc

Ví dụ. Tính  

x 1

x I lim 1 x tan  2

 . ĐS:

2 I  

2.5. Vô cùng bé và v cùng lớn

a. Định nghĩa.

Hàm số f (x) được gọi là vô cùng bé (viết tắt là VCB) khi x a nếu

x a

limf (x) 0 

Hàm số f (x) được gọi là vô cùng lớn (viết tắt là VCL) khi x^ a nếu

x a

limf (x) 

  hoặc x a

limf (x) 

Nghịch đảo của VCB là VCL, và ngược lại.

Ví dụ.

2 f (x) x là một VCB khi x  0.

b.Tính chất.

Cho f (x), f (x) 1 2 là hai VCB khi x a.

(i) Nếu

1 x a 2

f (x) lim 0  f (x)

 thì ta nói VCB f (x) 1 có bậc cao hơn VCB f (x) 2 và k hiệu

f (x) 1 o f (x) 2 . Ch ng hạn:  

2 x o 3x.

(ii) Nếu

1

x a 2

f (x) lim C  f (x)

 (với C  0 ) thì ta nói VCB f (x) 1 cùng bậc với VCB f (x) 2 và k

hiệu f (x) 1 O f (x) 2 .

Đặc biệt, nếu

1 x a 2

f (x) lim 1  f (x)

 thì ta nói rằng VCB f (x) 1 tương đương với VCB f (x) 2 và k

hiệu 1 2

f (x) f (x)khi x a. Ch ng hạn: sin x x khi x  0.

(iii) Nếu khi x a, có f (x) 1 f (x); g (x) 2 1 g (x) 2 thì

f (x)g (x) 1 1 f (x)g (x) 2 2 và 1 2

1 2

f (x) f (x)

g (x) g (x)

Một số c ng thức (khi x  0 ):

sin x x ; tan x x;

2 x 1 cos x 2

 ; ln 1^ x^  x;

x e  1 x ;

x a  1 x ln a;

a (1^ ^ x)^ ^1 ax.

Ví dụ. Tính các giới hạn: 2 x 3

sin(x 3) A lim  x 4x 3

   

2 x 0

1 cosax B lim  x

  ; 2 x 0

ln(cos x) C lim  x

ĐS:

1 A 2

2 a B 2

1 C 2

Bài 4. ĐẠO HÀM – VI PHÂN

4 .1. Định nghĩa đạo hà

Giả s f là một hàm số xác định trên khoảng (^)  a,b, x 0  a,b. Nếu tồn tại

0

(^00) x x

f (x) f (x ) lim  x x

  

thì giới hạn đó gọi là đạo hàm của f (x)tại x 0 , và được k hiệu là 0

' f (x ).

Hàm số f được gọi là có đạo hàm trên (^)  a,b nếu f có đạo hàm tại mọi điểm

x 0  a,b.

Khi hàm số f có đạo hàm tại điểm 0 x , ta nói f khả vi tại điểm 0 x.

Nhận xét. Nếu đặt x  x x 0 thì (1.1) trở thành

0 0 0

'

x 0

f ( x x ) f (x ) f (x ) lim   x

Ví dụ. Cho

2 f (x) x. Tính đạo hàm của f tại điểm x 0 theo định nghĩa.

Nhận xét. Nếu f là hàm số có đạo hàm tại x 0 thì f liên tục tại x 0.

4 .2. Ý nghĩa hình học của đạo hà

Giả s hàm số y f (x) có đồ thị là đường cong (C). Nếu f khả vi tại 0 x thì   0 f ' x

chính là hệ số góc của tiếp tuyến  của đường cong (C) tại điểm M 0  x ,f (x ) 0 0 .

Từ đó suy ra rằng: Nếu f khả vi tại điểm 0 x thì tiếp tuyến  của (C) tại   M 0 x ,f (x ) 0 0

có phương trình là: y  f '(x ) x 0   x 0 y 0.

4 .3. Đạo hà ột phía

  • Giả s hàm số f xác định trên khoảng  0 x ,b. Nếu tồn tại

0

0 x x 0

f (x) f (x ) lim x x 

  

thì giới hạn đó được gọi là đạo hàm phải của f tại điểm x 0 , và k hiệu là

0

' f (x ).

  • Giả s hàm số f xác định trên khoảng  0 a,x. Nếu tồn tại

0

0 0 x x

f (x) f (x ) lim x x 

  

thì giới hạn đó được gọi là đạo hàm trái của f tại điểm x 0 , và k hiệu là 0

' f (x )

 .

Nhận xét. khả vi (có đạo hàm) tại.

Ví dụ 1. Dùng định nghĩa, tính đạo hàm (nếu có) của hàm số  

x

2

e khi x 0 f x

x x 1 khi x 0

 ^ ^ 

tại điểm o x  0.

Giải.

f(x)

0 0 0

' ' x f (x ) = f (x )

 

  • Đạo hàm bên trái của hàm số tại điểm x (^) o 0 :

 

    ^ ^    

2 0

x 0 x 0 x 0 x 0

f x f 0 x^ x^1 e x x 1 f ' 0 lim lim lim lim x 1 1 x 0 x x

   

   

 ^ ^  

  • Đạo hàm bên phải của hàm số tại điểm o x  0 :

 

   

x 0 x

x 0 x 0 x 0

f x f (^0) e e e 1 f ' 0 lim lim lim 1 x 0 x x

  

  

Ta thấyf ' 0  f ' 0  1

   . Vậy hàm số đã cho có đạo hàm tại điểm o x  0 và f ' 0   1.

Ví dụ 2. Cho. Tính và.

Giải.

Ta có  

x khi x 0 f x x x khi x 0

^ 

^ 

  • Đạo hàm bên trái của hàm số tại điểm x (^) o 0 :

 

   

x 0 x 0 x 0

f x f (^0) x 0 x f ' 0 lim lim lim 1 x 0 x x

  

  

  • Đạo hàm bên phải của hàm số tại điểm x (^) o 0 :

 

   

x 0 x 0 x 0

f x f (^0) x 0 x f ' 0 lim lim lim 1 x 0 x x

  

  

Ta thấyf ' 0  f ' 0 

  . Vậy hàm số đã cho không có đạo hàm tại điểm o x  0.

Ví dụ 3. Dùng định nghĩa, tính đạo hàm (nếu có) của hàm số  

2 x khi x 1 y f x 2x 1 khi x 1

 ^ 

tại điểm xo  1

Giải. Sinh viên tự làm xem như bài tập.

Ví dụ 4. Dùng định nghĩa, tính đạo hàm (nếu có) của hàm số  

x e khi x 0 y f x x 1 khi x 0

 ^ 

tại điểm xo  0.

Giải. Sinh viên tự làm xem như bài tập.

4 .4. Quy tắc tính đạo hà

Giả s các hàm số u và v có đạo hàm (hữu hạn) tại điểm x. Khi đó các hàm số u v,

uv, ku (k là hằng số) có đạo hàm tại điểm x và

i) 

' (^) ' ' u  v  u v; ii) 

' (^) ' ' uv  u v uv;

iii) 

' (^) ' ku ku; iv) 2

' (^) ' ' u u v uv

v v

 ^ 

, với v(x)  0 ;

4 .5. Bảng các đạo hà cơ bản

f (x) x

' + f (0 )

' f (0 )

0

' dy  f (x ). x.

Xét vi phân của hàm y xtại x 0 tùy. Khi đó 0

' f (x )  1 và do đó dx  1. x  x. Vì

vậy:

0

' dy f (x )dx^.^ (3.4)

Đ ng thức trên được gọi là biểu thức vi phân của hàm y f (x) tại 0 x.

Ví dụ. Tìm vi phân của hàm

x y  x  2 log x 3 tại điểm x 0  4

b. Vi phân của tổng, tích và thương.

Từ công thức tính đạo hàm của tổng, tích và thương của hai hàm số suy ra:

d(u  v)  du dv ; d(uv)  vdu udv; 2

u vdu udv d v v

 ^ 

c. Ứng dụng vi phân vào phép tính gần đ ng.

Giả s y f (x) là hàm số khả vi tại x 0. Theo (3.3) 0

'  y f (x ). x khi x  0.

Vậy khi x khá bé, ta có: 0 0 0

' f (x ). x  y  f (x  x) f (x ). Suy ra:

0 0 0

' f (x  x)  f (x )  f (x ). x. (3.5)

Ví dụ. Tính gần đúng 4 A  15,8.

HD: Xét

4 y  x; chọn x 0  16 ; x  0,2; A 1,9938.

Bài 5. C C Đ NH Ý C BẢN VỀ ĐẠO HÀM VÀ ỨNG D NG ĐẠO HÀM

T M NGHI M GẦN Đ NG

A. C C Đ NH Ý C BẢN VỀ ĐẠO HÀM

5 .1. Các định l cơ bản về hà hả vi

a. Định l er at. Giả s hàm số f xác định trên (a, b)và đạt cực trị tại điểm x 0 (a, b).

Nếu f có đạo hàm tại điểm x 0 thì 0

' (^) f (x )  0.

nghĩa hình học: Nếu f đạt cực trị tại x 0 và có đạo hàm tại có đạo hàm tại x 0 thì tiếp tuyến

của đường cong y f (x)tại điểm (^)  x ;f (x ) 0 0 song song với trục hoành.

b. Định lý Rolle. Nếu hàm số f liên tục trên (^)  a,b, có đạo hàm trên (^)  a,b và f (a) f (b) thì

tồn tại c  a,bsao cho

' f (c)  0.^ (4.1)

nghĩa hình học: Nếu cung AB của đường cong

y f (x) , với A a;f (a) và B b;f (b) , liên tục

và có tiếp tuyến tại mọi điểm, đồng thời

f (a) f (b) thì trên cung ấy có ít nhất một điểm

C có hoành độ c (a, b), ở đó tiếp tuyến song

song với trục Ox (cũng song song với dây cung

AB).

O

A B

C

a c b

x

y

Ví dụ. Cho f (x)  (x  3)(x  2)(x 1).

i) Phương trình

' (^) f (x)  0 có ít nhất bao nhiêu nghiệm

ii) CMR phương trình

'' f (x)  0 có ít nhất một nghiệm trên ( 3;2).

c. Định lý Lagrange

Nếu hàm số f liên tục trên (^)  a,bvà có đạo hàm trên (^)  a,b thì tồn tại c  a,bsao cho:

' f (b)^ f (a) f (c) b a

  

nghĩa hình học: Nếu cung AB của đường cong

y f (x) với A a,f (a) , B b,f (b) , liên tục và có

tiếp tuyến tại mọi điểm thì trên cung ấy có ít nhất

một điểm C có hoành độ c  a,b, ở đó tiếp tuyến

song song với dây cung AB. O

A

B

C

a (^) c b

x

y

Nhận xét : Định l Rolle là một trường hợp riêng của định l Lagrange. Thật vậy, khi

f (a) f (b) thì từ (5.2) suy ra

' f (c)  0.

Ví dụ. Áp dụng định l Lagrange, CMR: sin b  sina  b a.

Ta chuyển về dạng

0

0

hoặc

. Ta có thể viết (^) f (x) g(x) thành một trong các dạng sau:

1 1 u v uv v u

        

v u v u 1 u

        

u u v v 1 v

        

Ví dụ. Tính

x 2

x

I lim (e x ) 

 . HD:

2

x

x 2 x x 1 e

(e x ) e 

    (^)    

; I  .

e. Dạng v định

0 0 0 , ,

  :

Ta viết

(x) (x) ln f (x) (^) (x)lnf (x)

f (x) e e

   

   (^)    .

Ví dụ. Tính

6 1 2ln x

x 0

A lim x

 

2

1 lnx

x

B lim x x 1 

4

tan2x

x

C lim tan x  

ĐS:

3 A e ; B e;

1 C e

 .

5.3. C ng thức Taylor

a. C ng thức Taylor

Định l. Nếu hàm số f (x)có đạo hàm đến cấp n trong khoảng đóng  a,bvà có đạo hàm

cấp n  1 trong khoảng mở  a,b  x 0 thì tồn tại điểm c  a,b sao cho với mọix  a,b

ta có:

0 0 2 0 0 0 0 0 0

(n) (n 1) n n 1

' '' f (x ) f (x ) f (x ) f (c) f (x) f (x ) x x x x ... x x x x 1! 2! n! (n 1)!

            

với

c  x 0  (x  x ), 0 0    1. (4.5)

Công thức (4.4) gọi là công thức Taylor, số hạng cuối ở vế phải gọi là số hạng dư Lagrange.

Biểu diễn của hàm số f (x)dưới dạng (4.4) gọi là khai triển hữu hạn của f (x)ở lân cận

điểm x 0.

Khi 0 x  0 , công thức (4.4) trở thành:

(n) (n 1) 2 n n 1

' '' f (0) f (0) f (0) f (c) f (x) f (0) x x ... x x 1! 2! n! (n 1)!

        

Công thức (4.6) gọi là công thức Maclaurin.

Nhận xét. Công thức (4.4) cho phép biểu diễn f (x)gần đúng với đa thức

0 0 2 0 n 0 0 0 0

(n) n

' '' f (x ) f (x ) f (x ) P (x) f (x ). x x. x x .... x x 1! 2! n!

ở lân cận điểm x 0 với sai số:

n ^0 

(n 1) f (c) n 1 R (x). x x (n 1)!

    

Ví dụ. i) Khai triển theo công thức Taylor của hàm

3 2 f (x)  x  2x  3x  5 tạix 0  2

ii) Khai triển Maclaurin của hàm

x

e đến cấp 3.

b. Bảng các c ng thức Maclaurin của ột số hà sơ cấp cơ bản

  

m m m(m 1) 2 m(m 1)...(m k 1) k m 1 x 1 x x ... x ... x 1! 2! k!

        ,m

 (^) .

2 n^ n n 1 n 1 n 1

1 1 1 x x ... 1 x 1 x ; 0 1 1 x (^1) x

 (^)               (^)  

2 n n 1 n 1

1 1 1 x x ... x x ; 0 1 1 x (^1) x

            (^)  

      

 

2 n n n 1 (^) n 1 n 1

x x 1 1 ln 1 x x ... 1 1. x ; 0 1 2 n n (^1 1) x

 (^)  

    

2 n n 1 n 1

x x 1 1 ln 1 x x .... x ; 0 1 2 n n (^1 1) x

 

  

2 n x x x^ x^ x^ e n 1 e 1 ... x ; 0 1 1! 2! n! n 1!

           

    

   

3 5 2n 1 2n x x (^) n 1 x (^) n x sin x x ... 1 1 sin x; 0 1 3! 5! 2n 1! 2n!

              

    

   

2 4 2n 2n 1 x x n x n 1 x cos x 1 ... 1 1 cos x; 0 1 2! 4! 2n! 2n 1!

              

 

( 1) 2 ( 1)... k (^1) k ( 1)... n (^1) n n 1 x 1 x x ... x ... x o x 2! k! n!

      ^  ^ ^   ^  ^           .

Đặc biệt:

  

1 x 1 x x o x 2 8

     và  

1 x x o x 1 x 2 8

Ví dụ. Khai triển Maclaurin hàm

3 1 xđến cấp 2. Dùng kết quả khai triển, tính xấp x

3 1,^.

HD: 

1 x 1 x x o(x ) 2!

B.ỨNG D NG ĐẠO HÀM T M NGHI M GẦN Đ NG

6 .1. M tả phương pháp

Để áp dụng phương pháp Newton giải gần đúng phương trình f (x)  0 , ta luôn giả thiết

f (x) th a mãn các điều kiện:

' '' f ,f ,f liên tục trên (^)  a,b; f (a)f (b)  0 ; mỗi hàm

' '' f ,f đều có

dấu cố định (dương hoặc âm) x  a,b; ngoài ra (^)  a,blà khoảng phân ly nghiệm.

Có 4 trường hợp liên quan đến các tổ hợp về dấu của

' '' f ,f và xác định nghiệm gần đúng

của phương trình f (x)  0 như sau:

i)

'' ' f  0, f  0 ; ii)

'' ' f 0, f  0 ; iii)

'' ' f  0, f  0 ; iv)

'' ' f  0, f  0.

khi n^  , cụ thể hơn ta có dãy xnđơn điệu giảm tới khi

' '' f f  0 ; và dãy xnđơn điệu

tăng tới khi

' '' f f  0.

Về sai số:

n n

f (x ) x m

   , với

'

a x b

0 m min f (x)  

6.3. Ví dụ. Tìm nghiệm gần đúng của phương trình

3 2 f (x)  x  2x  4x  7  0 thuộc

 3;4^ , với độ chính xác tới^ 0,01.

Ta có:

' 2 f (x)  3x  4x  4 ;

'' f (x)  6x  4 ; f (3)   10  0 ; f (4)  9  0 ;

Dễ thấy

' ''

f  0,f  0 trên  3;4và bài toán th a mãn các điều kiện của phương pháp

Newton.

  • Chọn x 0  4 , khi đó

0 1 0 0

' '

f (x ) f (4) 9 x x 4 4 3, f (x ) f (4)^28

       và f (x ) 1  f (3,7) 1,473.

Kiểm tra điều kiện sai số:

1 1

f (x ) x 0, m

với

' 2

a x b 3 x 4

m min f (x) min 3x 4x 4 11    

1 1

f (x ) (^) 1, x 0, m 11

     , nên không th a mãn bất đ ng thức trên. Như vậy giá trị

x 1 3,7 chưa th a mãn độ chính xác đặt ra.

  • Tiếp tục tính

x 2

(^2) '

f (3,7) x 3,7 3,7 0,066 3, f (3,7)

2 f (x )  f (3,634) 0,042.

Kiểm tra sai số:

2 2

f (x ) (^) 0, x 0,004 0, m 11

Vậy nghiệm gần đúng của phương trình đã cho là x 2 3,634, th a mãn độ chính xác đặt ra.

Nhận xét :

  • Trong thực tế người ta dừng lại quá trình tính khi: n n 1 x x   < sai số cho phép .

  • Phương pháp Newton hội tụ nhanh hơn phương pháp chia đôi.

6 .4. Tó tắt phương pháp: (theo thuật toán)

Bước 1: + Cho phương trình f (x)  0.

  • Kiểm tra các điều kiện:

' '' f ,f ,f liên tục trên (^)  a,b; f (a)f (b)  0 ; mỗi hàm

' '' f ,f

đều có dấu cố định x  a,b; (^)  a,blà khoảng phân ly nghiệm.

  • Ấn định sai số cho phép .

Bước 2: Chọn 0 x là a hoặc b sao cho 0 f (x )cùng dấu với

'' f.

Bước 3: + Tính

0 1 0 0

'

f (x ) x x f (x )

  • Tính e  x 1 x 0
  • Nếu e  thì kết luận:  x 1 , với sai số cho phép .

+ Nếu e^  thì quay lại bước 2.