已知f(x)在(-∞,+∞)上有各阶导数,f(x)在任意取定点x₀处的泰勒级数在 (-∞,+∞)上都收敛于f(x),若 ⁽ⁿ⁾ f(1)=1,f⁽ⁿ⁾(1)=n+1, n=1,2,3,…. 求f(0)及 ⁽ⁿ⁾ f⁽ⁿ⁾(0),
时间: 2023-09-26 11:05:10 浏览: 149
泰勒公式在讨论级数收敛性中的应用
根据泰勒公式,对于任意的实数x,存在一个实数ξ介于0和x之间,使得:
$$f(x)=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n + R_n(x)$$
其中,$R_n(x)$是余项,满足:
$$R_n(x)=\frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}x^{n+1}$$
因为f(x)在任意取定点x₀处的泰勒级数在(-∞,+∞)上都收敛于f(x),所以对于任意的实数x,都有$\lim_{n \to \infty}R_n(x)=0$。
因此,当x=1时,有:
$$f(1)=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{f^{(n)}(0)}{n!}1^n$$
即:
$$f(1)=\sum_{n=0}^{\infty}\frac{f^{(n)}(0)}{n!}$$
$$f(1)=f(0)+f'(0)+\frac{f''(0)}{2!}+\frac{f'''(0)}{3!}+\cdots$$
又已知$f'(1)=1,f''(1)=2,f'''(1)=3,\cdots$,代入上式得:
$$1=f(0)+f'(0)+\frac{f''(0)}{2!}+\frac{f'''(0)}{3!}+\cdots$$
因此,$f(0)=1-f'(0)-\frac{f''(0)}{2!}-\frac{f'''(0)}{3!}-\cdots$。
对于任意正整数n,有:
$$f^{(n)}(0)=\frac{n+1}{1!}+\frac{n+2}{2!}+\frac{n+3}{3!}+\cdots$$
$$f^{(n)}(0)=\sum_{k=n}^{\infty}\frac{k+1}{(k-n+1)!}$$
因此,$f^{(n)}(0)$是一个无穷级数,但是这个级数是收敛的。具体证明略。
因此,$f(0)=1-f'(0)-\frac{f''(0)}{2!}-\frac{f'''(0)}{3!}-\cdots$,$f^{(n)}(0)=\sum_{k=n}^{\infty}\frac{k+1}{(k-n+1)!}$。
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