做ICPC求极限题有感—–求极限题到底怎么做啊
\(本人是真的没有数理基础啊!!!\)
关于本题内求极限的探讨:
首先是题目:
题目样例:
本人对该样例苦思许久,都无法理解,因此有了这篇随笔。
心路历程:
很久没求过极限了,第一反应就是拆分和式,0比0型洛必达。等价无穷小代换。后求导。
不用等价无穷小代换直接求导也差不多.
然后坐牢了1个小时左右,才回想起有泰勒展开带入这方法,具体点的思路可看改题解题思路,链接就在标题上。
回头总结:
问题提出:
首先,为什么等价无穷小代换不行?
因为这里的等价无穷小代换精度不够。
举个例子:
这个式子正确可以说是上下两个同阶项的系数都是正确的,如果我们将\(3x^3\)用\(2x^3\)等价代换了呢?
众所周知(听别人说的),我们常记的等价无穷小代换本质上就是泰勒展开的一阶展开。
什么是泰勒展开?
泰勒展开就是用多项式来近似表达一个函数。
我们现在有个\(f(x)\),但是她太复杂了,不方便研究。于是我们就想到,我们通过模仿她的性质,用一个初等函数组成的多项式来近似她,这样便于处理。
对于一个函数\(f(x)\)她的一阶导数包含了她的单调性,二阶导数包含了她的凹凸性,三阶我不知道。。。
总而言之,如果我们近似的这个多项式的n阶导数,如果和她相同的越多是否说明二者越相近呢?
当然,某一点导数体现的是函数\(f(x)\)在某一点的性质,我们就是从点得到一个具体的数代表性质,然后深入、扩展。
于是,我们设\(f(x)\)在\(x_0\)处具有\(n\)阶导数,模拟一个关于\((x-x_0)\)的近似多项式:
接下来,我们要使\(f(x)\)和\(p_n(x)\)的\(n\)阶导相等
直接求导代入即可:
得:
将\(a_0,a_1,a_2,...,a_n\)代入公式\((1)\)可得:
其中,\(x_0==0\)时,就是麦克劳林公式了:
回到主题:
有些时候,等价无穷小代入求解有较大偏差,就是因为泰勒公式继续展开能发现有些同阶的项没有被考虑在内。
众所周知,高阶项在极限逼近的时候,总是比低阶项要快。
比如,我们求
高阶的\(x^4\)可以不看,因为和式拆分出来她那一部分的项一定会趋于0.
而低阶的\(x^2\)无论系数是多少,和式拆分出来那部分一定是趋于\(\infty\).
上述问题也是在做题时遇到的要讨论的情况。
所以在求极限时,我们最终的非零和非无穷解,基本就要看同阶项的系数比值了。所以泰勒展开求得某一阶精确系数就很重要了。