题目
3.设 (x)=dfrac (1)(1+2x+4{x)^2}, 则 ^(100)(0)= __

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查高阶导数的计算,特别是利用泰勒展开(麦克劳林展开)求解高阶导数在特定点的值。关键在于将分母分解并展开为幂级数,从而快速找到目标项的系数。
解题核心思路:
- 分母分解:将分母 $1 + 2x + 4x^2$ 转化为关于 $t = 2x$ 的二次式 $1 + t + t^2$,便于展开。
- 幂级数展开:利用递推关系求出 $1/(1 + t + t^2)$ 的展开式,发现系数呈现周期性规律。
- 提取目标项:通过展开式直接找到 $x^{100}$ 项的系数,结合麦克劳林展开的系数公式,得到高阶导数。
破题关键点:
- 变量代换简化分母形式,转化为已知展开式的结构。
- 周期性系数的发现,避免逐项计算高阶导数。
步骤1:变量代换
令 $t = 2x$,则原函数变为:
$f(x) = \frac{1}{1 + t + t^2}, \quad t = 2x.$
步骤2:展开分母为幂级数
对 $1/(1 + t + t^2)$ 进行幂级数展开,设展开式为 $\sum_{n=0}^\infty a_n t^n$,通过递推关系得:
- $a_0 = 1$,$a_1 = -1$,$a_2 = 0$,后续系数满足 $a_n = -a_{n-1} - a_{n-2}$。
- 系数呈现周期性:$1, -1, 0, 1, -1, 0, \dots$。
步骤3:代入变量并提取目标项
展开式为:
$\frac{1}{1 + t + t^2} = \sum_{k=0}^\infty \left( (2x)^{3k} - (2x)^{3k+1} \right).$
观察 $x^{100}$ 项,仅当 $3k + 1 = 100$ 时存在,解得 $k = 33$,对应系数为 $-2^{100}$。
步骤4:计算高阶导数
根据麦克劳林展开系数公式:
$\frac{f^{(100)}(0)}{100!} = -2^{100} \quad \Rightarrow \quad f^{(100)}(0) = -2^{100} \cdot 100!.$