题目
17.f(x)=(tan x)/(1+x^2)在x=0处的3次泰勒多项式为____
17.$f(x)=\frac{\tan x}{1+x^{2}}$在x=0处的3次泰勒多项式为____
题目解答
答案
已知 $\tan x$ 的泰勒展开式为:
\[
\tan x = x + \frac{x^3}{3} + o(x^3)
\]
而 $\frac{1}{1 + x^2}$ 的展开式为:
\[
\frac{1}{1 + x^2} = 1 - x^2 + o(x^2)
\]
将两式相乘:
\[
f(x) = \left( x + \frac{x^3}{3} + o(x^3) \right) \left( 1 - x^2 + o(x^2) \right)
\]
展开并整理得:
\[
f(x) = x - x^3 + \frac{x^3}{3} + o(x^3) = x - \frac{2}{3} x^3 + o(x^3)
\]
因此,$ f(x) = \frac{\tan x}{1 + x^2} $ 在 $ x = 0 $ 处的3次泰勒多项式为:
\[
\boxed{x - \frac{2}{3} x^3}
\]
解析
考查要点:本题主要考查泰勒多项式的展开方法,特别是两个函数乘积的泰勒展开技巧。需要掌握常见函数(如$\tan x$和$\frac{1}{1+x^2}$)的泰勒展开式,并能正确进行多项式乘法运算,合并同类项。
解题核心思路:
- 分别展开两个因子:将$\tan x$和$\frac{1}{1+x^2}$在$x=0$处展开到足够高的阶数(至少到$x^3$项)。
- 逐项相乘并截断:将两个展开式相乘,保留到$x^3$项,舍去更高阶的小项。
- 合并同类项:整理结果,得到最终的三次泰勒多项式。
破题关键点:
- 正确展开$\tan x$和$\frac{1}{1+x^2}$:需记忆或推导出它们的泰勒展开式。
- 乘积展开时注意阶数控制:确保所有乘积项中次数超过3的项被舍弃。
- 合并同类项时避免计算错误:特别注意系数的符号和数值。
步骤1:展开$\tan x$的泰勒多项式
$\tan x$在$x=0$处的泰勒展开式为:
$\tan x = x + \frac{x^3}{3} + o(x^3)$
步骤2:展开$\frac{1}{1+x^2}$的泰勒多项式
利用几何级数展开:
$\frac{1}{1+x^2} = 1 - x^2 + o(x^2)$
步骤3:将两个展开式相乘
将$\tan x$和$\frac{1}{1+x^2}$的展开式相乘,保留到$x^3$项:
$\begin{aligned}f(x) &= \left( x + \frac{x^3}{3} + o(x^3) \right) \left( 1 - x^2 + o(x^2) \right) \\&= x \cdot 1 + x \cdot (-x^2) + \frac{x^3}{3} \cdot 1 + o(x^3) \\&= x - x^3 + \frac{x^3}{3} + o(x^3)\end{aligned}$
步骤4:合并同类项
将$x^3$项合并:
$f(x) = x - \frac{2}{3}x^3 + o(x^3)$