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高等数学3(6)泰勒公式课件

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(k)( x0 )( x k!
x0 )k
o[( x
x0 )n ]
称为f ( x)按( x x0 )的幂展开的
带有皮亚诺型余项 的n阶泰勒公式.
(4) 展开式是唯一的
23
泰勒公式
f (x)
f ( x00 )
f ( x00 )( x x00 )
f
( x00 2!
)
(
x
x00
)2
f
(n) ( x00 n!
分析 即证 Rn ( x) f ( x) Pn ( x).
Rn( x)
f (n1) ( )
(n 1)!
(
x
x0
)n1
(在x0与x之间).
也即证
Rn ( x) ( x x0 )n1
f f( x(n)1) (Pn)( x) ( (xnx10)!)n1
f (n1) ( )
(n 1)!
16
泰勒公式
泰勒(Taylor)(英)1685-1731
第六节 泰勒(Taylor)公式
泰勒公式的建立 几个初等函数的麦克劳林公式 近似计算与误差估计 其它应用 小结 思考题 作业
第三章 微分中值定理与导数的应用
1
泰勒公式
一、泰勒公式的建立
多项式函数
简单的, 熟悉的函数来近似代替复杂函数.
用多项式近似表示函数—
则 21
泰勒公式
Rn( x)
f (n1)( ) (
(n 1)!
x
x0 )n1
M| (n 1)!
x
x0
|n1
从而

lim
x x0
Rn (
Rn (x)

幂级数中英文资料外文翻译文献

幂级数中英文资料外文翻译文献

幂级数中英文资料外文翻译文献Power Series Expansion and Its ApplicationsIn the previous section, we discuss the convergence of power series, in its convergence region, the power series always converges to a function. For the simple power series, but also with itemized derivative, or quadrature methods, find this and function. This section will discuss another issue, for an arbitrary function ()x f , can be expanded in a power series, and launched into.Whether the power series ()x f as and function? The following discussion will address this issue. 1 Maclaurin (Maclaurin) formulaPolynomial power series can be seen as an extension of reality, so consider the function ()x f can expand into power series, you can from the function ()x f and polynomials start to solve this problem. To this end, to give here without proof the following formula.Taylor (Taylor) formula, if the function ()x f at 0x x = in a neighborhood that until the derivative of order 1+n , then in the neighborhood of the following formula :20000()()()()()()n n f x f x x x x x x x r x =+-+-++-+… (9-5-1)Among10()()n n r x x x +=-That ()n r x for the Lagrangian remainder. That (9-5-1)-type formula for the Taylor.If so 00x =, get2()(0)()n n f x f x x x r x=+++++…, (9-5-2) At this point,(1)(1)111()()()(1)!(1)!n n n n n f f x r x x x n n ξθ+++++==++ (01θ<<).That (9-5-2) type formula for the Maclaurin.Formula shows that any function ()f x as long as until the 1n +derivative, n can be equal to a polynomial and a remainder.We call the following power series()2(0)(0)()(0)(0)2!!n nf f f x f f x x x n '''=+++++…… (9-5-3) For the Maclaurin series.So, is it to ()f x for the Sum functions? If the order Maclaurin series (9-5-3) the first 1n + items and for 1()n S x +, which()21(0)(0)()(0)(0)2!!n nn f f S x f f x x x n +'''=++++…Then, the series (9-5-3) converges to the function ()f x the conditions1lim ()()n n s x f x +→∞=.Noting Maclaurin formula (9-5-2) and the Maclaurin series (9-5-3) the relationship between theknown1()()()n n f x S x r x +=+Thus, when()0n r x =There,1()()n f x S x +=Vice versa. That if1lim ()()n n s x f x +→∞=,Units must()0n r x =.This indicates that the Maclaurin series (9-5-3) to ()f x and function as the Maclaurin formula (9-5-2) of the remainder term ()0n r x → (when n →∞).In this way, we get a function ()f x the power series expansion:()()0(0)(0)()(0)(0)!!n n n nn f f f x x f f x x n n ∞='==++++∑……. (9-5-4) It is the function ()f x the power series expression, if, the function of the power series expansion is unique. In fact, assuming the function f (x ) can be expressed as power series20120()n n n n n f x a x a a x a x a x ∞===+++++∑……, (9-5-5)Well, according to the convergence of power series can be itemized within the nature of derivation,and then make 0x = (power series apparently converges in the 0x = point), it is easy to get()2012(0)(0)(0),(0),,,,,2!!n nn f f a f a f x a x a x n '''====…….Substituting them into (9-5-5) type, income and ()f x the Maclaurin expansion of (9-5-4) identical. In summary, if the function f (x ) contains zero in a range of arbitrary order derivative, and in thisrange of Maclaurin formula in the remainder to zero as the limit (when n → ∞,), then , the function f (x ) can start forming as (9-5-4) type of power series.Power Series()20000000()()()()()()()()1!2!!n n f x f x f x f x f x x x x x x x n '''=+-+-++-……,Known as the Taylor series.Second, primary function of power series expansionMaclaurin formula using the function ()f x expanded in power series method, called the direct expansion method.Example 1Test the function ()xf x e =expanded in power series of x . Solution because()()n x f x e =,(1,2,3,)n =…Therefore()(0)(0)(0)(0)1n f f f f '''====…,So we get the power series21112!!n x x x n +++++……, (9-5-6) Obviously, (9-5-6)type convergence interval (,)-∞+∞, As (9-5-6)whether type ()x f x e = is Sum function, that is, whether it converges to ()x f x e = , but also examine remainder ()n r x . Because1e ()(1)!xn n r x x n θ+=+ (01θ<<),且x x x θθ≤≤,Therefore11e e ()(1)!(1)!xx n n n r x x x n n θ++=<++,Noting the value of any set x ,xe is a fixed constant, while the series (9-5-6) is absolutely convergent, sothe general when the item when n →∞, 10(1)!n xn +→+ , so when n → ∞,there10(1)!n xx e n +→+, From thislim ()0n n r x →∞=This indicates that the series (9-5-6) does converge to ()xf x e =, therefore21112!!x n e x x x n =+++++…… (x -∞<<+∞). Such use of Maclaurin formula are expanded in power series method, although the procedure is clear,but operators are often too Cumbersome, so it is generally more convenient to use the following power series expansion method.Prior to this, we have been a functionx-11, xe and sin x power series expansion, the use of these known expansion by power series of operations, we can achieve many functions of power series expansion. This demand function of power series expansion method is called indirect expansion .Example 2Find the function ()cos f x x =,0x =,Department in the power series expansion. Solution because(sin )cos x x '=,And3521111sin (1)3!5!(21)!n n x x x x x n +=-+-+-++……,(x-∞<<+∞)Therefore, the power series can be itemized according to the rules of derivation can be342111cos 1(1)2!4!(2)!n nx x x x n =-+-+-+……,(x -∞<<+∞) Third, the function power series expansion of the application exampleThe application of power series expansion is extensive, for example, can use it to set some numerical or other approximate calculation of integral value.Example 3 Using the expansion to estimate arctan x the value of π.Solution because πarctan14= Because of357arctan 357x x x x x =-+-+…, (11x -≤≤),So there1114arctan14(1)357π==-+-+…Available right end of the first n items of the series and as an approximation of π. However, the convergence is very slow progression to get enough items to get more accurate estimates of πvalue.幂级数的展开及其应用在上一节中,我们讨论了幂级数的收敛性,在其收敛域内,幂级数总是收敛于一个和函数.对于一些简单的幂级数,还可以借助逐项求导或求积分的方法,求出这个和函数.本节将要讨论另外一个问题,对于任意一个函数()f x ,能否将其展开成一个幂级数,以及展开成的幂级数是否以()f x 为和函数?下面的讨论将解决这一问题.一、 马克劳林(Maclaurin)公式幂级数实际上可以视为多项式的延伸,因此在考虑函数()f x 能否展开成幂级数时,可以从函数()f x 与多项式的关系入手来解决这个问题.为此,这里不加证明地给出如下的公式.泰勒(Taylor)公式 如果函数()f x 在0x x =的某一邻域内,有直到1n +阶的导数,则在这个邻域内有如下公式:()20000000()()()()()()()()()2!!n n n f x f x f x f x f x x x x x x x r x n '''=+-+-++-+…,(9-5-1)其中(1)10()()()(1)!n n n f r x x x n ξ++=-+.称()n r x 为拉格朗日型余项.称(9-5-1)式为泰勒公式.如果令00x =,就得到2()(0)()n n f x f x x x r x =+++++…, (9-5-2)此时,(1)(1)111()()()(1)!(1)!n n n n n f f x r x x x n n ξθ+++++==++, (01θ<<).称(9-5-2)式为马克劳林公式.公式说明,任一函数()f x 只要有直到1n +阶导数,就可等于某个n 次多项式与一个余项的和. 我们称下列幂级数()2(0)(0)()(0)(0)2!!n nf f f x f f x x x n '''=+++++…… (9-5-3)为马克劳林级数.那么,它是否以()f x 为和函数呢?若令马克劳林级数(9-5-3)的前1n +项和为1()n S x +,即()21(0)(0)()(0)(0)2!!n nn f f S x f f x x x n +'''=++++…,那么,级数(9-5-3)收敛于函数()f x 的条件为1lim ()()n n s x f x +→∞=.注意到马克劳林公式(9-5-2)与马克劳林级数(9-5-3)的关系,可知1()()()n n f x S x r x +=+.于是,当()0n r x =时,有1()()n f x S x +=.反之亦然.即若1lim ()()n n s x f x +→∞=则必有()0n r x =.这表明,马克劳林级数(9-5-3)以()f x 为和函数⇔马克劳林公式(9-5-2)中的余项()0n r x → (当n →∞时).这样,我们就得到了函数()f x 的幂级数展开式:()()20(0)(0)(0)()(0)(0)!2!!n n n nn f f f f x x f f x x x n n ∞='''==+++++∑……(9-5-4) 它就是函数()f x 的幂级数表达式,也就是说,函数的幂级数展开式是唯一的.事实上,假设函数()f x 可以表示为幂级数20120()n n n n n f x a x a a x a x a x ∞===+++++∑……, (9-5-5)那么,根据幂级数在收敛域内可逐项求导的性质,再令0x =(幂级数显然在0x =点收敛),就容易得到()2012(0)(0)(0),(0),,,,,2!!n nn f f a f a f x a x a x n '''====…….将它们代入(9-5-5)式,所得与()f x 的马克劳林展开式(9-5-4)完全相同.综上所述,如果函数()f x 在包含零的某区间内有任意阶导数,且在此区间内的马克劳林公式中的余项以零为极限(当n →∞时),那么,函数()f x 就可展开成形如(9-5-4)式的幂级数.幂级数()00000()()()()()()1!!n n f x f x f x f x x x x x n '=+-++-……,称为泰勒级数.二、 初等函数的幂级数展开式利用马克劳林公式将函数()f x 展开成幂级数的方法,称为直接展开法. 例1 试将函数()xf x e =展开成x 的幂级数. 解 因为()()n x f x e =, (1,2,3,)n =…所以()(0)(0)(0)(0)1n f f f f '''====…,于是我们得到幂级数21112!!n x x x n +++++……, (9-5-6) 显然,(9-5-6)式的收敛区间为(,)-∞+∞,至于(9-5-6)式是否以()xf x e =为和函数,即它是否收敛于()x f x e =,还要考察余项()n r x .因为1e ()(1)!xn n r x x n θ+=+ (01θ<<), 且x x x θθ≤≤,所以11e e ()(1)!(1)!xx n n n r x x x n n θ++=<++.注意到对任一确定的x 值,xe 是一个确定的常数,而级数(9-5-6)是绝对收敛的,因此其一般项当n →∞时,10(1)!n xn +→+,所以当n →∞时,有10(1)!n xx e n +→+, 由此可知lim ()0n n r x →∞=.这表明级数(9-5-6)确实收敛于()x f x e =,因此有21112!!x n e x x x n =+++++…… (x -∞<<+∞). 这种运用马克劳林公式将函数展开成幂级数的方法,虽然程序明确,但是运算往往过于繁琐,因此人们普遍采用下面的比较简便的幂级数展开法.在此之前,我们已经得到了函数x-11,xe 及sin x 的幂级数展开式,运用这几个已知的展开式,通过幂级数的运算,可以求得许多函数的幂级数展开式.这种求函数的幂级数展开式的方法称为间接展开法.例2 试求函数()cos f x x =在0x =处的幂级数展开式. 解 因为(sin )cos x x '=,而3521111sin (1)3!5!(21)!n n x x x x x n +=-+-+-++……,(x -∞<<+∞), 所以根据幂级数可逐项求导的法则,可得342111cos 1(1)2!4!(2)!n nx x x x n =-+-+-+……,(x -∞<<+∞). 三、 函数幂级数展开的应用举例幂级数展开式的应用很广泛,例如可利用它来对某些数值或定积分值等进行近似计算. 例3 利用arctan x 的展开式估计π的值. 解 由于πarctan14=, 又因357arctan 357x x x x x =-+-+…, (11x -≤≤),所以有1114arctan14(1)357π==-+-+….可用右端级数的前n 项之和作为π的近似值.但由于级数收敛的速度非常慢,要取足够多的项才能得到π的较精确的估计值.。

3,3泰勒公式-52页PPT精品文档

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f ( x0) +
f ( x0 )( x - x0 ) +
f
( x0 2!
)
(x
-
x0 )2
+
+
f
(n) ( x0 n!
)
(x
-
x0 )n
+
Rn
(
x)
其中 Rn( x) =
f (n+1)( ) ( x
(n + 1)!
-
x0 )n+1(

x0与
x之间).
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泰勒公式
证明: 由 假 设 , R n ( x )在 ( a ,b )内 具 有 直 到 ( n + 1 ) 阶
L+f(nn )(!x0)(x-x0)n=kn=0 f(kk)(!x0)(x-x0)k
称f为 (x)按 (x-x0)的幂展 n次近开 似多的 项式 .
f(x)=kn =0f(kk )(!x0)(x-x0)k+R n(x)
称f为 (x)按 (x-x0)的幂展 n阶泰 开 勒公的 式.
R n(x)=fn (n + + 1)1 (!)(x-x 0)n + 1(在 x 0 与 x 之 )间
x
以直代曲
f ( x ) = f ( x 0 ) + f ( x 0 ) x - ( x 0 ) + o ( x - x 0 )
例 如 ,当 x很 小 时 ,ex1+x,ln1+ (x)x
(如下图)
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泰勒公式
以直代曲
y = ex
y = ex
y=x
y=1+x

泰勒公式及应用翻译(原文)

泰勒公式及应用翻译(原文)

On Taylor’s formula for the resolvent of a complex matrixMatthew X. Hea, Paolo E. Ricci b,_Article history:Received 25 June 2007Received in revised form 14 March 2008Accepted 25 March 2008Keywords:Powers of a matrixMatrix invariantsResolvent1. IntroductionAs a consequence of the Hilbert identity in [1], the resolvent )(A R λ= 1)(--E A λof a nonsingular square matrix A (E denoting the identity matrix) is shown to be an analytic function of the parameter λ in any domain D with empty intersection with the spectrum ∑A of A .Therefore, by using Taylor expansion in a neighborhood of any fixed D ∈0λ, we can find in [1] a representation formula for )(A R λ using all powers of )(0A R λ.In this article, by using some preceding results recalled, e.g., in [2], we write down a representation formula using only afinite number of powers of )(0A R λ. This seems to be natural since only the first powers of )(0A R λ are linearly independent.The main tool in this framework is given by the multivariable polynomials ),...,,(21,r n k v v v F (,...1,0,1-=n ;r m k ≤=,...,2,1) (see [2–6]), depending on the invariants ),...,,(21r v v v of )(A R λ); heremdenotes the degree of theminimalpolynomial.2. Powers of matrices a nd n k F ,functionsWerecall in this section some results on representation formulas for powers of matrices (see e.g. [2–6] and the referencestherein). For simplicity we refer to the case when the matrix is nonderogatory so that r m =.Proposition 2.1. Let A be an )2(≥⨯r r r complex matrix, and denote by r u u u ,...,,21 the invariants of A , and by∑=--=-E =rj j r j j u A P 0)1()det()(λλλ.its characteristic polynomial (by convention 10-=u ); then for the powers of A with nonnegative integral exponents the following representation formula holds true:E +++=-----),,(),...,,(),...,(211,2211,2171,1r n r r r n r i n n u u uF A u u u F A u u F A . (2.1) The functions ),,(1,r n k u u F that appear as coefficients in (2.1) are defined by the recurrence relation),()1(),(),,(),,(,1,1,12,211,11,r r n k r r r n k r n k r n k u u F u u u F u u u F u u u F -----++-=,)1;,,1(-≥=n r k (2.2)and initial conditions:,),,(,12,17h k h k r u u F σ=-+- ),,1,(r h k =. (2.3)Furthermore, if A is nonsingular )0(≠r u , then formula (2.1) still holds for negative values of n, provided that we define the n k F , function fornegative values of n as follows:)1,,,(),,(7112,171,u u u u u F u u F r r r r n k r n k --+-+-=,)1;,,1(-= n r k . 3. Taylor expansion of the resolventWe consider the resolvent matrix )(A R λ defined as follows:1)()(--E =≡A A R R λλλ. (3.1)Note that sometimes there is a change of sign in Eq. (3.1), but this of course is not essential.It is well known that the resolvent is an analytic (rational) function of λ in every domain D of the complex plane excludingthe spectrum of A , and furthermore it is vanishing at infinity so the only singular points (poles) of )(A R λare the eigenvaluesof A .In [6] it is proved that the invariants r v v v ,,,21 of )(A R λ are linked with those of A by the equations∑=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=lj j l j j l u j l j r v 0()1()(λλ,),,2,1(r l =. (3.2) As a consequence of Proposition 2.1, and Eq. (3.2), the integral powers of )(A R λ can be represented as follows.For every ∑∉A λand N n ∈,∑-=--=10211,)())(,),(),(()(r k k r n k r nA R v v v F A R λλλλλ , (3.3) where the )(λl v ),,2,1(r l =are given by Eq.(3.2).Denoting by )(A ρthe spectral radius of A , for every λ,μ such that ),,min()(μλρ A the Hilbert identity holds true(see [1]):)()()()()(A R A R A R A R μλμλλμ-=-. (3.4)Therefore for every ∑∉A λ, we have)()(2A R d A dR λλλ-=, (3.5) and in general)()1()(1A kR d A R d k k k k +-=λλλ,);,2,1(∑∉=A k λ (3.6) so, for every )(,0A R D λλ∈can be expanded in the Taylor seriesk k k k A kR A R ))(()1()(0010λλλλ--=∑∞=+, (3.7) which is absolutely and uniformly convergent in D.Defining)(,),(000110λλr r v v v v == , (3.8) ),,(010,,0r n k n k v v F F =, (3.9)where the )(λl v are defined by Eq. (3.2), we can prove the following theorem.The Taylor expansion (3.7) of the resolvent )(A R λ in a neighborhood ofany regular point 0λ can be written in the form)()()1()(01000,0A R F A R n r h k k k n r k λλλλ∑∑-=∞=-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=. (3.10) Therefore we can derive as a consequence:For every ∑∉A 0λand r L ,2,1=the series expansions∑∞=--00,0)()1(k k k l k F λλ(3.11) are convergent.Proof. Recalling (3.3), we can writeE +++=--+k r r k r k kF R F R F R ,02,201,101000 λλλ,)N k ∈, )()(01,021,2011,10000λλλλλλ-⎥⎦⎤⎢⎣⎡E +++-=--r R R F R F R F R A R --⎥⎦⎤⎢⎣⎡E ++++--202,022,2012,10)(00λλλλr r r F R F R F +-⎥⎦⎤⎢⎣⎡E +++-+--k k r r k r k k F R F R F )()1(0,02,201,1000λλλλ Therefore, taking into account the initial conditions (2.3) we can write+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=∑∑∞=-∞=000,1000,0)()1()()1()(λλλλσλλR F F A R k k k r k k k k r k 100,100)()1(-∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+∑R k k k k R F λλλ, so (3.10) holds true. The convergence of series expansions (3.11) is a trivial consequence of the convergence of the initial expansion (3.7).4. Concluding remarksIt is worth noting that the resolvent )(A R λis a keynote element forrepresenting analytic functions of a matrix A . In fact,denoting by )(z f a function of the complex variable z , analytic in a domain containing the spectrum of A , and denoting by ),2,1(s k k =λthe distinct eigenvaluesof A with multiplicities k μ, the Lagrange –Sylvester formula (see [4]) is given by∑∑=-==s k j j k k j k jf A f 110)()()(μελ, where ),,2,1()0(s k k k ==εεis the projector associated with the eigenvalue k λ, and)1,,1,0;,,2,1(,)()0()(-==-=k k j k j k j s k A l μελε .Denoting by k γ a Jordan curve, the boundary of the domain k D , separating a fixed k λ from all other eigenvalues, recalling theRiesz formula, it follows that⎰=k d A R ik γλλπε)(21. When k λis only known approximately, this projector cannot be derived by using the residue theorem.In this case it is necessary to integrate )(A R λ along k γ (being possibly a Gershgorin circle), by using the knownrepresentation of the resolvent (see [3])k r k k r j j k r j j A P A R ∑∑-=--=---⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=10101)1()(1)(λμλλ, (4.1) or by substituting )(A R λ with its Taylor expansion, and assuming asinitial point any K λλ≠0 inside k D .Which is the best formula depends on the relevant stability and computational cost. From the theoretical point of view,formulas (3.7), (3.10) and (4.1) seem to beequivalent from the stability point of view, since all require knowledge ofinvariants of the given matrix A . However, in our opinion, in the situation considered, Eq. (3.10) seems to be less expensivewith respect to (3.7), since it requires one to approximate r series of elementary functions instead of an infinite series ofmatrices. AcknowledgementsWe are grateful to the anonymous referees for comments that led usto improve this paper.References[1] I. Glazman, Y. Liubitch, Analyse linéaire dans les espaces de dimensionfinies: Manuel et problèmes, in: H. Damadian (Ed.), Traduit du russe par, Mir,Moscow, 1972.[2] M. Bruschi, P.E. Ricci, Sulle potenze di una matrice quadrata dellaquale sia noto il polinomio minimo, Pubbl. Ist. Mat. Appl. Fac. Ing.Univ. Stud. Roma,Quad. 13 (1979) 9–18.[3] V.N. Faddeeva, Computational Methods of Linear Algebra, Dover Pub.Inc., New York, 1959.[4] F.R. Gantmacher, The Theory of Matrices, Vols. 1, 2 (K.A. Hirsch,Trans.), Chelsea Publishing Co., New York, 1959.[5] M. Bruschi, P.E. Ricci, Sulle funzioni Fk,n e i polinomi di Lucas diseconda specie generalizzati, Pubbl. Ist. Mat. Appl. Fac. Ing. Univ. Stud.Roma, Quad. 14(1979) 49–58.[6] M. Bruschi, P.E. Ricci, An explicit formula for f (A) and the generatingfunction of the generalized Lucas polynomials, SIAM J. Math. Anal. 13 (1982)162–165.。

泰勒公式外文翻译教学内容

泰勒公式外文翻译教学内容

泰勒公式外文翻译Taylor's Formula and the Study of Extrema1. Taylor's Formula for MappingsTheorem 1. If a mapping Y U f →: from a neighborhood ()x U U = of a point x in a normed space X into a normed space Y has derivatives up to order n -1 inclusive in U and has an n-th order derivative ()()x f n at the point x, then()()()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+n n n h o h x f n h x f x f h x f !1,Λ (1) as 0→h .Equality (1) is one of the varieties of Taylor's formula, written here for rather generalclasses of mappings.Proof. We prove Taylor's formula by induction.For 1=n it is true by definition of ()x f ,.Assume formula (1) is true for some N n ∈-1.Then by the mean-value theorem, formula (12) of Sect. 10.5, and the induction hypothesis, we obtain.()()()()()()()()()()()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++-+≤⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-+--<<n n n n n n h o h h o h h x f n h x f x f h x f h x f n h f x f h x f 11,,,,10!11sup !1x θθθθθΛΛ,as 0→h .We shall not take the time here to discuss other versions of Taylor's formula, which are sometimes quite useful. They were discussed earlier in detail for numerical functions. At this point we leave it to the reader to derive them (see, for example, Problem 1 below).2. Methods of Studying Interior ExtremaUsing Taylor's formula, we shall exhibit necessary conditions and also sufficient conditions for an interior local extremum of real-valued functions defined on an open subset of a normed space. As we shall see, these conditions are analogous to the differential conditions already known to us for an extremum of a real-valued function of a real variable.Theorem 2. Let R U f →: be a real-valued function defined on an open set U in a normed space X and having continuous derivatives up to order 11≥-k inclusive in a neighborhood of a point U x ∈ and a derivative ()()x f k of order k at the point x itself.If ()()()0,,01,==-x f x f k Λ and ()()0≠x f k , then for x to be an extremum of the function f it is: necessary that k be even and that the form()()k k h x f be semidefinite,andsufficient that the values of the form ()()k k h x f on the unit sphere 1=h be bounded away from zero; moreover, x is a local minimum if the inequalities()()0>≥δk k h x f ,hold on that sphere, and a local maximum if()()0<≤δk k h x f ,Proof. For the proof we consider the Taylor expansion (1) of f in a neighborhood of x. The assumptions enable us to write()()()()()k k k h h h x f k x f h x f α+=-+!1where ()h α is a real-valued function, and ()0→h α as 0→h .We first prove the necessary conditions.Since ()()0≠x f k , there exists a vector 00≠h on which()()00≠k k h x f . Then for values of the real parameter t sufficiently close to zero,()()()()()()k k k th th th x f k x f th x f 0000!1α+=-+()()()kk k k t h th h x f k ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=000!1αand the expression in the outer parentheses has the same sign as()()k k h x f 0. For x to be an extremum it is necessary for the left-hand side (and hence also the right-hand side) of this last equality to be of constant sign when t changes sign. But this is possible only if k is even.This reasoning shows that if x is an extremum, then the sign of the difference ()()x f th x f -+0 is the same as that of ()()k k h x f 0 for sufficiently small t; hence in that case there cannot be two vectors 0h , 1h at which the form ()()x f k assumes values with opposite signs.We now turn to the proof of the sufficiency conditions. For definiteness we consider the case when ()()0>≥δk k h x f for 1=h . Then()()()()()k k k h h h x f k x f h x f α+=-+!1()()()k k k h h h h x f k ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=α!1 ()k h h k ⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥αδ!1and, since ()0→h α as 0→h , the last term in this inequality is positive for all vectors0≠h sufficiently close to zero. Thus, for all such vectors h,()()0>-+x f h x f ,that is, x is a strict local minimum.The sufficient condition for a strict local maximum is verified similiarly.Remark 1. If the space X is finite-dimensional, the unit sphere ()1;x S with center at X x ∈, being a closed bounded subset of X, is compact. Then the continuous function()()()()k k i i i i k k h h x f h x f ⋅⋅∂=ΛΛ11 (a k-form) has both a maximal and a minimal value on ()1;x S . Ifthese values are of opposite sign, then f does not have an extremum at x. If they are both of the same sign, then, as was shown in Theorem 2, there is an extremum. In the latter case, a sufficient condition for an extremum can obviously be stated as the equivalent requirement that the form ()()k k h x f be either positive- or negative-definite.It was this form of the condition that we encountered in studying realvalued functions on n R . Remark 2. As we have seen in the example of functions R R fn →:, the semi-definiteness of the form ()()k k h x f exhibited in the necessary conditions for an extremum is not a sufficient criterion for an extremum.Remark 3. In practice, when studying extrema of differentiable functions one normally uses only the first or second differentials. If the uniqueness and type of extremum are obvious from the meaning of the problem being studied, one can restrict attention to the firstdifferential when seeking an extremum, simply finding the point x where ()0,=x f3. Some ExamplesExample 1. Let ()()R R C L ;31∈ and ()[]()R b a C f ;,1∈. In other words, ()()321321,,,,u u u L u u u α is a continuously differentiable real-valued function defined in 3R and ()x f x α a smooth real-valued function defined on the closed interval []R b a ⊂,.Consider the function()[]()R R b a C F →;,:1 (2)defined by the relation()[]()()f F R b a C f α;,1∈()()()R dx x f x f x L ba ∈=⎰,,, (3) Thus, (2) is a real-valued functional defined on the set of functions ()[]()Rb a C ;,1.The basic variational principles connected with motion are known in physics andmechanics. According to these principles, the actual motions are distinguished among all the conceivable motions in that they proceed along trajectories along which certain functionals have an extremum. Questions connected with the extrema of functionals are central in optimal control theory. Thus, finding and studying the extrema of functionals is a problemof intrinsic importance, and the theory associated with it is the subject of a large area ofanalysis - the calculus of variations. We have already done a few things to make the transition from the analysis of the extrema of numerical functions to the problem of finding andstudying extrema of functionals seem natural to the reader. However, we shall not go deeply into the special problems of variational calculus, but rather use the example of the functional(3) to illustrate only the general ideas of differentiation and study of local extrema considered above.We shall show that the functional (3) is a differentiate mapping and find its differential. We remark that the function (3) can be regarded as the composition of the mappings()()()()()x f x f x L x f F ,1,,= (4)defined by the formula()[]()[]()R b a C R b a C F ;,;,:11→ (5)followed by the mapping[]()()()R dx x g g F R b a C g ba ∈=∈⎰2;,α (6) By properties of the integral, the mapping 2F is obviously linear and continuous, so that its differentiability is clear.We shall show that the mapping 1F is also differentiable, and that()()()()()()()()()()x h x f x f x L x h x f x f x L x h f F ,,3,2,1.,,,∂+∂= (7) for ()[]()R b a C h ;,1∈.Indeed, by the corollary to the mean-value theorem, we can write in the present case()()()i i i u u u L u u u L u u u L ∆∂--∆+∆+∆+∑=32131321332211,,,,,,()()()()()()∆⋅∂-∆+∂∂-∆+∂∂-∆+∂≤<<u L u L u L u L u L u L 3312211110sup θθθθ ()()ii i i u L u u L i ∆⋅∂-+∂≤=≤≤=3,2,110max max 33,2,1θθ (8)where ()321,,u u u u = and ()321,,∆∆∆=∆. If we now recall that the norm()1c f of the function f in ()[]()R b a C ;,1 is ⎭⎬⎫⎩⎨⎧c c f f ,,max (where c f is the maximum absolute value of the function on the closed interval []b a ,), then,setting x u =1, ()x f u =2, ()x f u ,3=, 01=∆, ()x h =∆2, and ()x h ,3=∆, we obtain from inequality (8),taking account of the uniform continuity of the functions ()3,2,1,,,321=∂i u u u L i , on bounded subsets of 3R , that()()()()()()()()()()()()()()()()x h x f x f x L x h x f x f x L x f x f x L x h x f x h x f x L b x ,,3,2,,,0,,,,,,,,max ∂-∂--++≤≤ ()()1c h o = as ()01→c h But this means that Eq. (7) holds.By the chain rule for differentiating a composite function, we now conclude that thefunctional (3) is indeed differentiable, and()()()()()()()()()()⎰∂+∂=badx x h x f x f x L x h x f x f x L h f F ,,3,2,,,,, (9) We often consider the restriction of the functional (3) to the affine space consisting of the functions ()[]()R b a C f ;,1∈ that assume fixed values ()A a f =, ()B b f = at the endpoints of the closed interval []b a ,. In this case, the functions h in the tangent space ()1f TC , must have the value zero at the endpoints of the closed interval []b a ,. Taking this fact into account, we mayintegrate by parts in (9) and bring it into the form()()()()()()()()⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛∂-∂=b a dx x h x f x f x L dx d x f x f x L h f F ,3,2,,,,, (10) of course under the assumption that L and f belong to the corresponding class ()2C .In particular, if f is an extremum (extremal) of such a functional, then by Theorem 2 we have ()0,=h f F for every function ()[]()R b a C h ;,1∈ such that ()()0==b h a h . From this and relation (10) one can easily conclude (see Problem 3 below) that the function f must satisfy the equation()()()()()()0,,,,,3,2=∂-∂x f x f x L dx d x f x f x L (11)This is a frequently-encountered form of the equation known in the calculus of variations as the Euler-Lagrange equation.Let us now consider some specific examples.Example 2. The shortest-path problemAmong all the curves in a plane joining two fixed points, find the curve that has minimal length.The answer in this case is obvious, and it rather serves as a check on the formalcomputations we will be doing later.We shall assume that a fixed Cartesian coordinate system has been chosen in the plane, in which the two points are, for example, ()0,0 and ()0,1 . We confine ourselves to just the curves that are the graphs of functions ()[]()R C f ;1,01∈ assuming the value zero at both ends of the closed interval []1,0 . The length of such a curve()()()⎰+=102,1dx x f f F (12)depends on the function f and is a functional of the type considered in Example 1. In this case the function L has the form()()233211,,u u u u L +=and therefore the necessary condition (11) for an extremal here reduces to the equation ()()()012,,=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+x f x f dx d from which it follows that ()()()常数≡+x f x f 2,,1 (13)on the closed interval []1,0Since the function 21u u+ is not constant on any interval, Eq. (13) is possible only if()≡x f ,const on []b a ,. Thus a smooth extremal of this problem must be a linear function whose graph passes through the points ()0,0 and ()0,1. It follows that ()0≡x f , and we arrive at the closed interval of the line joining the two given points.Example 3. The brachistochrone problemThe classical brachistochrone problem, posed by Johann Bernoulli I in 1696, was to find the shape of a track along which a point mass would pass from a prescribed point 0P to another fixed point 1P at a lower level under the action of gravity in the shortest time.We neglect friction, of course. In addition, we shall assume that the trivial case in which both points lie on the same vertical line is excluded.In the vertical plane passing through the points 0P and 1P we introduce a rectangularcoordinate system such that 0P is at the origin, the x-axis is directed vertically downward, and the point 1P has positive coordinates ()11,y x .We shall find the shape of the track among the graphs of smooth functions defined on the closed interval []1,0x and satisfying the condition ()00=f ,()11y x f =. At the moment we shall not take time to discuss this by no meansuncontroversial assumption (see Problem 4 below).If the particle began its descent from the point 0P with zero velocity, the law of variation of its velocity in these coordinates can be written asgx v 2= (14)Recalling that the differential of the arc length is computed by the formula()()()()dx x f dy dx ds 2,221+=+= (15) we find the time of descent()()()⎰+=102,121x dx x x f g f F (16) along the trajectory defined by the graph of the function ()x f y = on the closed interval []1,0x . For the functional (16) ()()1233211,,u u u u u L +=,and therefore the condition (11) for an extremum reduces in this case to the equation ()()()012,,=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+x f x x f dx d ,from which it follows that ()()()x c x f x f =+2,,1 (17)where c is a nonzero constant, since the points are not both on the same vertical line. Taking account of (15), we can rewrite (17) in the formx c ds dy = (18)However, from the geometric point of viewϕcos =ds dx,ϕsin =ds dy(19)where ϕ is the angle between the tangent to the trajectory and the positive x-axis.By comparing Eq. (18) with the second equation in (19), we find ϕ22sin 1c x = (20) But it follows from (19) and (20) that dx dy d dy =ϕ,2222sin 2sin c c d d tg d dx tg d dx ϕϕϕϕϕϕϕ=⎪⎪⎭⎫⎝⎛==,from which we find()b c y +-=ϕϕ2sin 2212 (21)Setting a c =221and t =ϕ2, we write relations (20) and (21) as()()b t t a y t a x +-=-=sin cos 1 (22)Since 0≠a , it follows that 0=x only for πk t 2=,Z k ∈. It follows from the form of the function(22) that we may assume without loss of generality that the parameter value 0=t corresponds to the point ()0,00=P . In this case Eq. (21) implies 0=b , and we arrive at the simpler form()()t t a y t a x sin cos 1-=-= (23)for the parametric definition of this curve.Thus the brachistochrone is a cycloid having a cusp at the initial point 0P where the tangent is vertical. The constant a, which is a scaling coefficient, must be chosen so that the curve (23) also passes through the point 1P . Such a choice, as one can see by sketching the curve (23), is by no means always unique, and this shows that the necessary condition (11) for an extremum is in general not sufficient. However, from physical considerations it is clear which of thepossible values of the parameter a should be preferred (and this, of course, can be confirmed by direct computation).泰勒公式和极值的研究1.映射的泰勒公式定理1 如果从赋范空间X 的点x 的邻域()x U U =到赋范空间Y 的映射Y U f →:在U 中有直到n-1阶(包括n-1在内)的导数,而在点x 处有n 阶导数。

教程(2)参考译文

教程(2)参考译文

第一单元参考译文—英语教程(2)一位诺贝尔奖得主虚度的岁月希尔维亚·纳萨尔1994年诺贝尔经济学奖于10月11日颁布前的几个星期,两位数学家——哈罗德·W·库恩和小约翰·福布斯·纳什——来到离此地不远的草甸湖一家疗养院拜访了他们年迈的老师,年近九旬、卧床不起的艾伯特·W·塔克。

纳什先生已经很多年没跟自己的导师交谈过。

两人长达一小时的谈话,谈的是数论。

库恩先生没有参加。

等纳什先生走出房问后,库恩先生回进去告诉塔克先生一个惊人的秘密:纳什先生本人尚不知晓,瑞典皇家科学院打算为纳什先生在1949年师从老人时取得的研究成果而授予他诺贝尔奖,该成果后来对经济学含有革命性的意义。

这次授奖堪称奇迹。

这不仅仅因为作为战后的一位数学天才,纳什先生终于获得了应有的赞誉。

也不是因为他是由于几乎半个世纪前才21岁时写的薄薄一篇27页的博士论文而获此殊荣。

真正的奇迹是,66岁的纳什先生——高个子,鬓发灰白,眼神忧伤,有着说话不多的人那种轻轻的粗嗓音——竟活着健康地接受这一奖项。

因为约翰·纳什早在30多年前就身忠类偏狂型精神分裂症。

纳什先生身患顽症在数学家和经济学家之间是个公开的秘密。

1958年7月《财富》杂志刚刚评选纳什先生为“新数学”美国杰出青年新秀,这一疾病就摧毁了他的个人生活和学术生涯。

1958年迄今他没有发表过一篇学术论文。

1959年迄今他没有担任过任何学术职务。

不少人听到讹传,说他接受了脑白质切除术。

其他人,主要是那些不是普林斯顿的,干脆以为他已经死了。

他没有死,但他的生活,一度曾如此光辉灿烂,前程似锦,却变得地狱般可怕。

一次次被送进精神病院。

并不见效的治疗。

可怕的妄想症。

一度漫游欧洲。

在母亲与妹妹居住的弗吉尼亚州洛诺克散步。

最后又回到自己曾是那里冉冉升起之明星的普林斯顿。

在普林斯顿,他成了美楼幽灵,一个缄默无言的身影,在数学楼里的黑板上涂写奇奇怪怪的公式,急切地探寻着数字中的隐秘信息。

Toría del Conocimiento

Toría del Conocimiento

TEORIA DEL CONOCIMIENTOCapítulo 11.1 INTRODUCCIÓN1-1.1 CUESTIÓN DE NOMBRESAl tipo de investigaciones que vamos a realizar se le han dado varios nombres:gnoseología , epistemología , crítica , lógica maior y teoria del conocimiento.La expresión "teoria del conocimiento" la introdujo por primera vez Ernest Reinhold en 1832 , y fue recogida por Edward Zeller en 1862 , utilizándose desde entonces de forma corriente. En Inglaterra , Alemania , Francia e Italia se utiliza "epistemología" ; en España , por predominio de la escolástica , se utilizaba "crítica" y "gnoseología".El término "epistemología" alude más bien a una teoría de la ciencia , y el de "crítica" a una dimensión fundamental de la teoría del conocimiento , pero no exclusiva ; "gnoseología" sería lo mismo que "teoría del conocimiento" en griego. Nosotros utilizaremos la expresión "teoría del conocimiento" por considerar que indica mejor nuestro estudio ; vamos a explicar esta expresión.1-1.2 TEORIA DEL CONOCIMIENTOTeoría , en griego , significa "contemplación". A lo largo de la historia se ha entendido este términode dos formas distintas:a) En Grecia (Aristóteles) y el medievo como "contemplación" en oposición y complementariedad con "praxis" y "poiesis". Esta concepción presupone:- que la actitud teorética es pasiva , y la teoria es un reflejo fiel de lo teorizado.- que lo teorizado se presenta en forma de organización acabada (cosmos).- que esta organización acabada es acorde con la capacidad teorizante.b) En el mundo moderno y sobre todo en el pensamiento actual se entiende por teoría una construcción intelectual que resulta del trabajo filosófico y/o científico. De ahí que aquellos presupuestos cambien de signo:- la actitud teorética es activa y la teoría es el resultado de una actividad compleja del hombre.- lo teoretizado , el mundo , se nos presenta en un cierto desorden , problemático , y hayque "ponerlo en orden".- este orden alcanzado , la teoría , puede no tener un carácter terminado , cumplido , puede ser siempre sólo una "conjetura".N.B. teorias , sistemas y modelosNi la reflexión filosófica ni científica se suelen interesar por los individuos aislados , sino por los sistemas. Un sistema es una entidad compleja formada por diversos individuos y por una serie de funciones y relaciones entre esos individuos (p.ej.: el sistema solar o el ecosistema de l´Albufera).El científico , o el filósofo aspira a elaborar una teoría del sistema , es decir , un conjunto de enunciados (ecuaciones , fórmulas , esquemas...) que permitan describir adecuadamente el funcionamiento del sistema. Si el sistema funciona tal y como lo dice la teoría , decimos que el sistema es un modelo de la teoría ; p.ej.: el sistema solar es un modelo de la teoría de Kepler. Notemos que "modelo" aquí se emplea como "aquello que cumple una teoría" y no como "aquello que sirve de paradigma a una teoría".Pues bien , en la Teoría del conocimiento , el sistema es el formado por los diversos problemas que el complejo hecho cognoscitivo ofrece , y sus interacciones , ya que estos problemas nunca aparecen aislados. Las teorias para explicarlos son múltiples: Realismo , Empirismo , Idealismo... Pero los modelos que los cumplen ven el hecho cognoscitivo escorado hacia uno u otro problema ; por eso la tendencia actual es ver el conocimiento bajo una teoría más abarcadora , la teoría de la comprensión (Hermenéutica). ((Confrontar para todo esto Conceptos y teoría en la ciencia , de Jesús Mosterín ,pag.149))Una última nota sobre la teoría: las teorias actúan muy distintamente , si son teorias de las Ciencias de la Naturaleza , o si por el contrario , se trata de la teoría de las Ciencias del Espíritu. En la teoría de las Ciencias de la Naturaleza , quien manda es la naturaleza y nos atenemos a una cierta objetividad. En la teoría de las Ciencias del Espíritu , la investigación está determinada por la própia posición del investigador y se investigará desde esta determinación.Conocimiento. La Teoría del Conocimiento será una reflexión crítica sobre el conocimiento , pero "conocimiento" se puede entender de tres formas diferentes:1ª.- La facultad de conocer , que la estudiará la Antropología.2ª.- La actividad de conocer , que la estudiará la psicología.3ª.- El resultado de conocer , el saber que es patrimonio de las diversas ciencias (y otros saberes).Este último sentido constituye el objeto material de la Teoría del Conocimiento. Su objeto formal , estará constituido por aquellos problemas que la reflexión sobre el conocimiento , como tal , y prescindiendo de sus contenidos fácticos , nos va a plantear: alcance y límites del conocimiento , su posibilidad , el problema de la verdad , los modos o tipos de conocimiento , el fundamento del conocimiento etc. Es decir , los llamados " problemas del conocimiento "."La reflexión sobre la naturaleza de nuestro conocimiento da origen a algunosproblemas filosóficos complejos. Estos constituyen la temática de laEpistemología o Teoría del Conocimiento. Casi todos ellos fueron discutidos porlos antiguos griegos y aún hoy existe acaso acuerdo en cuanto a cómo han deresolverse o , por el contrario disolverse"."Cuestiones principales"1º) Distinción entre conocimiento y opinión verdadera. La evidencia.¿Qué es tener evidencia?2º) ¿Hay evidencia inmediata?3º) Nuestro conocimiento , en un momento dado , no es evidente ,¿Cómo justificarlo , cuál es su fundamento?4º) ¿Cuál es el alcace de nuestro conocimiento? En un conocimientoconcreto , ¿Cuál es el criterio para tenerlo como tal?5º) ¿Cuál es el status cognoscitivo de las "verdades de la razón"?6º) ¿Es lo mismo "saber" que "creer"? : el problema de la verdad.((Cfr. Roddrick M. Chisholm , Teoría del conocimiento , Ed.Tecnos ,Madrid , 1982))Noción del problema:"El verbo griego del que se deriva el sustantivo"problema" quiere decir lanzar oarrojar delante. Problema significa , ante todo , algo saliente , p.ej., unpromontorio ; de un modo más correcto , un obstáculo , algo con que meencuentro delante ; y por extensión metafórica , lo que llamamos usualmenteproblema intelectual. Pero repárese en que para que algo me sea obstáculo nobasta con que esté ahí delante ; también tengo delante la pared y ésta no me sirvede obstáculo , sino de abrigo - otro sentido que tiene la voz, -; paraque se convierta en obstáculo, no es suficiente su presencia ante mí: hace faltaque yo necesite pasar al otro lado , precísamente a travésde ella ; entonces es efectivo obstáculo , en la forma concreta de lo que losgriegos llaman "aporía", es decir , falta de poro o agujero por el que salir de unasituación.Podemos decir , por tanto , que uno de los elementos reales que integran unproblema es la situación en que como tal se constituye ; y una formulación de losproblemas que omita esa situación , es en el sentido más riguroso , unaformulación incompleta , abstracta y , ensuma , ficticia". (J.Marias , Introduc.Filosof. pag.24)Aquí cabe resaltar dos aspectos:1º.- Todo problema , también éste , hay que verlo en situación , no sólo a nivel del individuo , que es quien conoce , sino a nivel de los grupos humanos que han ido en su historia decantando sus conocimientos (ciencia , arte , valores ).2º.- El conocimiento no es "problema" porque por su própia índole nos aboca a la verdad ; si al acontecimiento le fuera indiferente la verdad o falsedad , no sería ningún problema. Tenemos que "alcanzar" la verdad.1-1.3 DIVERSOS MOMENTOS HCOS.DE INFLEXIÓN EN LA TEORÍA DEL CONOCIMIENTOLa Teoría del Conocimiento en Occidente ha tenido tres momentos en su história caracterizados por una distinta orientación:PRIMER MOMENTO Si dejamos aparte el modo de pensar mítico y nos centramos en el modo de pensar racional , el primer momento hay que situarlo en Grecia. Los griegos introdujeron lostérminos que utilizamos , "conocer" , "saber" , pero trataron los problemas gnoseológicos subordinados a cuestiones "ontológicas": el conocer era una actividad del alma y , como tal , pertenece al estudio de la misma. Lo mismo los medievales. En estas épocas se concibió el conocer como mera reproducción de las cosas del mundo ya ordenadas y dispuestas para ser conocidas ; pero no ha habido una problemática del conocer como tal , sino una explicación psicológica de la formación de conceptos y una explicaciónontológica de su adecuación a las realidades.SEGUNDO MOMENTO Mundo moderno. Con el Renacimiento comienza verdaderamente la Teoría del Conocimiento ; con anterioridad lo que se ha hecho ha sido una metafísica u ontología del conocimiento.¿Por qué se da esta inflexión , en la que el conocimiento aparece como un problema nuevo , central y , para algunos (p.ej.:Cassier) , exclusivo de la filosofía?Porque en el Renacimiento aparece la ciencia físico-matemática , que aleja la visión de la realidad y su interpretación ingenua e inmediata que nos da el sentido común. Por eso el nuevo objeto de la filosofía en los siglos XVII y XVIII será fundamentar o justificar la ciencia , objetivo que comenzará de modo sistemático en Descartes y culminará en la obra de Kant. Además el "Humanismo" marca una oposición entre hombre y naturaleza , entre sujeto y objeto: será papel de la filosofía reconciliar estaoposición (Hegel).TERCER MOMENTO Época actual. Podemos ver sus causas:a) En el fracaso de los sistemas totalizadores del idealismo alemán (Hegel). Después de Kant , se construyeron grandes sistemas racionales que abarcan la totalidad del universo y de la historia , actitud que se puede resumir con la frase de Hegel: "Todo lo racional es real y todo lo real es racional". Pero la terquedad con que lo real se empeña en desbordar los límites sistemáticos de lo racional obliga a lafilosofía a reconocer que el conocimiento ya no se basa en sí mismo ; no es la realidad última fundante de cualquier otra.b) En el agotamiento del modelo de la razón instrumental o ilustrada. La ciencia , que en la edad moderna sirvió como paradigma de todo saber , es superada desde su interior por sus propias crisis y por tanto debe haber un horizonte que le de sentido. Varias corrientes de pensamiento convergen en este punto : que el conocimiento no es la realidad radical. Estas corrientes son: la "filosofía de la vida" , el "pragmatismo" , la "teoría Diltheiana de la comprensión" , la crítica de la "ideología" , la "filosofía del lenguaje"...La posición a la que llegan todas esas corrientes , muy distintas en otros aspectos , la podemos caracterizar con estas palabras de Bollnow:"La teoría del Conocimiento clásica se caracterizaba por la búsqueda deun punto a partir del cual se pudiera construir un sistema deconocimiento y comprensión seguro de la realidad , previa expulsión detodo lo dudoso. Sin embargo , este punto arquimédico no existe ; elhombre vive en un mundo comprendido y no tiene sentido buscar unpunto inicial que le permita reconstruir la verdad desde la base".( Introd. a la filosof. del comprensión previa y laexperiencia de lo nuevo. Pag.27).En esta línea se situa la obra de H.G. Gadamer Verdad y método , en la cual se insiste en la imposibilidad de partir de cero en el intento de fundamentación , y en la necesidad de asumir los prejuicios en nuestro intento de comprensión. También podíamos situar en esta línea , aunque desde un ángulo muy distinto al de Gadamer , la tesis sostenida por T.S.Kuhn de que el desarrollo de la ciencia se hace atravésde "revoluciones" , consistentes en cambios de "paradigmas".En su obra La filosofía y el espejo de la naturaleza (1979) R.Rorty va un punto más allá.No se trata sólo de desenmascarar el pretendido punto arquimédico "en la teoría del Conocimiento" , ni tampoco de asumir y "comprender" los presupuestos en que toda la problemática del conocimiento y toda teoría se ven inmersos a través de su historia.Ahora hay que rechazar el valor cognoscitivo de la própia hermenéutica ; ésta es sólo una "forma dearreglárselas"."La hermenéutica no es "otra forma de conocer"-la "comprensión" en oposición ala "explicación" (predicativa). Es mejor considerarla como otra forma dearreglárselas. Sería mejor para la claridad filosófica que entregáramos la idea"cognición" a la ciencia predictiva , y dejáramos de preocuparnos por los"métodos cognitivos alternativos". La palabra conocimiento no parecería dignade que se luchara por ella si no fuera por la tradición kantiana de que ser filósofoes tener una "Teoría del Conocimiento" , y la tradición platónica de que la acciónque no está basada en el conocimiento de la verdad de las proposiciones es"irracional" (Op. cit. Pags. 321 , 322 )Parece que en este pasaje Rorty apunta en una dirección similar a la de Feyerabend en su propuesta de metodología anarquista: "Todo sirve" (Tratado contra el método , Pag.12). Pero , me parece que va másallá en la dirección en que el conocimiento y la comprensión se situen en la línea marcada por Wittgesteinen su segunda época: el lenguaje (y el conocimiento) expresan "formas de vida" , ninguna de las cuales es privilegiada respecto a las demás.Un argumento similar lo encontramos , como veremos más tarde , en Ortega y Gasset. Másallá de su sabida distinción entre "ideas" y "creencias" , está su distinción entre "conocer" y "pensar". "Conocer" es una forma histórica que ha adquirido el "pensar". Y esto , el "pensar" sea cual sea la formahistórica que haya tenido o que tenga en un futuro , es lo que ineludiblemente el hombre tiene que hacerpara pervivir.Por todo lo dicho debemos darnos cuenta que una teoría del conocimiento aboca ,necesáriamente , a una teoría de la comprensión , y ésta , a su vez , sólo es posible realizarla refiriéndola ,en última instáncia , a la realidad en que consista el hombre , que es , al fín y a la postre , quien conoce.1.2 FENOMENOLOGÍA DEL CONOCIMIENTOEl conocimiento es un hecho del cual no podemos dudar, de lo que podemos dudar es del valor del conocimiento. Ese hecho se nos da en forma bruta , innanalizada , y debemos llegar a ver en qué consiste formalmente el conocimiento , cual es su estructura , para poder ver en ella enraizados todos los problemas que suscita el proceso cognoscitivo para poder escoger la teoría más adecuada , de modo que las soluciones a dichos problemas sean modelos de la teoría. Para ello tenemos que realizar una descripción del conocimiento en cuanto tal ; pero antes será conveniente decir una palabra sobre el método fenomenológico que vamos a utilizar para hacer dicha descripción.1-2.1 EL MÉTODO FENOMENOLÓGICO DE HUSSERLE.Husserl concibió la fenomenología como una ciencia estricta que consistía en la descripción de las esencias ("cosas") tal como se nos presentan por ellas mismas sin que prejuzguemos nada al hacer esa descripción ; para ello utilizaba un método (que podíamos resumir en un eslogan "a las cosas mismas" de su época de Gotinga): el llamado método fenomenológico. Es cierto que él nunca sistematizó ese método, ni creo que fuera posible porque en él se implica toda una concepción de la actividad filosófica y de la realidad misma ; más bien lo fue elaborando conforme se le presentaban los problemas , "in actu exercito". Con todo , siguiendo a I.M.Bochenski en Los métodos actuales del pensamiento , Pag.41 y ss. , podemos distinguir dos momentos diferentes en el desarrollo husserliano del método fenomenológico:a) La reducción eidética , realizada principalmente en las Investigaciones lógicas (1901)b) La reducción fenomenológica estricta , que aparece a partir de Ideas I (1913).Como método apto para comienzo de una investigación filosófica parece adecuado el primero , la reducción eidética ; la reducción fenomenológica , por el contrario , está muy vinculada a la própiafilosofía de Husserl. Por lo tanto , describiremos sólo la reducción eidética.Reducción eidética: El método fenomenológico pretende una visión intelectual del objeto basada en una intuición de lo dado : consiste en dejar que las cosas se nos manifiesten por ellas mismas.Para llegar a esta visión necesitamos una triple eliminación o reducción ( ). (Advirtamos que en este contexto "reducir" no significa "negar" , sino poner entre "paréntesis" , "prescindir de").1ª.- de todo lo subjetivo: En la investigación debe orientarse el pensamiento exclusívamente hacia el objeto. El método fenomenológico , insistamos , es un método de intuición de lo dado , de la "cosa". A lo dado , Husserl lo llama "fenómeno" , del griego , lo que aparece , lo que está claro a nuestra vista , lo que está a la luz. Pero el mismo acto de intuir es una enunciación intelectual delfenómeno , un legein.La intuición de un fenómeno se opone a todo conocimiento discursivo , a toda abstracción y en general a todo psicologismo que tenga en cuenta la constitución fáctica del sujeto que conoce. Se trata de ir "a las cosas mismas" , y en este sentido , es una práctica que continúa la actitud teorética de la tradición griega.2ª.- de todo lo teórico: (hipótesis , demostraciones o cualquier forma de saber ya adqurido) , de manera que sólo entre en cuestión lo dado , el fenómeno.Con esta exclusión no se pretende rechazar todo lo teórico sin más. Pero sería admitido sólo después de su fundamentación fenomenológica. Es este el camino para llegar a la ciencia fundante , a la "lógica pura".3ª.- de toda tradición: de todo lo que se ha venido enseñando hasta ahora sobre el objeto. Másaún , debemos olvidarnos del nivel en que nos sitúe en este momento la ciencia ; ésta es un saber no fundamentado: de ahí su estado de crisis.En el objeto mismo hay que hacer otra doble reducción: a) de la existencia de la cosa y quedarse con lo que el objeto es (quidditas).b) De la quidditas hay que llegar a la esencia o eidos : estructura fundamental del objeto , sin referencia a nada accesorio. Advirtamos que esta esencia o eidos fenomenológico , no es algo oculto , sino precísamente un mostrarse "a sí en sí mismo" (Heidegger). Por tanto es un concepto más amplio que el aristotélico ; Aristóteles admite junto a la esencia otras propiedades o determinaciones en conexión necesaria con ella. La esencia fenomenológica incluye , en cambio , todo lo que está necesáriemente unido en el fenómeno , en el manifestarse.1-2.2 DESCRIPCIÓN FENOMENOLÓGICA DEL CONOCIMIENTOUna vez presentado el método fenomenológico tenemos que aplicarlo al objeto de nuestra investgación el conocimiento. El conocimiento tal como se nos presenta , sin supuestos , lo podemos describir del siguiente modo:1º.- El conocimiento es un proceso de carácter dialogal , de nosotros como sujeto con algo , lo conocido , que es el objeto. Este diálogo se mediatiza por la conciencia ; ésta actúa como frontera que , al mismo tiempo que une , separa o divide.2º.- El conocimiento es siempre un fenómeno consciente.3º.- Este proceso consciente supone siempre una dualidad , sujeto - objeto , no puede existir el proceso cognoscitivo sin esta dualidad. El sujeto y el objeto son irreductibles uno a otro en el mismo proceso cognoscitivo. En el lenguaje filosófico se expresa esto diciendo que sujeto y objeto songnoseológicamente trascendentes uno a otro. Esto quiere decir:a) No puede haber proceso cognoscitivo si falta uno de ellos.b) El sujeto se constituye formalmente como sujeto frente al objeto. El objeto se constituye formalmente como objeto frente al sujeto.c) Sujeto y objeto no tienen que ser necesáriamente dos realidades distintas (abriéndose al fenómenode la autoconciencia). Pero formalmente se tiene que constituir como tales oponiéndose.Para que la descripción fenomenológica del conocimiento quede completa debemos detenernos un momento en el análisis de la conciencia , escenario en que el proceso cognoscitivo se nos da. En esteanálisis la conciencia presenta dos caracteres fundamentales:A)Carácter estructurado y estructurante de la conciencia: Según Gurwistch en El campo de la conciencia (Pag.71), la conciencia se nos presenta como un "campo" estructurado en tres regiones o dimensiones:1º.- "Tema focal": aquello que enriquece actualmente nuestra conciencia , polarizando hacia sínuestra atención.2º.- "Campo temático": constituido por la totalidad de datos que nos son presentes materialmentey de algún modo objetívamente ; los considerados pertinentes al tema focal , sin que recaiga sobre ellosdiréctamente la atención.3º.- "Límite marginal": u horizonte del conjunto constituido por el tema focal y el campotemático. En sí está formado también por un elenco de datos , pero no se acusan como tales en la conciencia por su alejamiento del centro focal de la atención ; no son pertinentes al tema focal.Estas tres dimensiones que integran el "campo de conciencia", no son imposiciones absolutas que la conciencia recibe pasivamente , sino que forman una estructura organizada por la conciencia. La conciencia no es un puro escenario donde acontecen las experiencias (al estilo de Hume) , sino que estructura lo que en ella se realiza.B) Intencionalidad de la conciencia: Francisco Brentano , en su obra Psicología desde el punto de vista empírico , Cap.1º, Párrafo 5º al tratar de distinguir los fenómenos físicos de los fenómenos psíquicos considera que el carácter formal de estos es la "intencionalidad" y dice:"¿ Qué carácter positivo podemos , pues , indicar ? ¿ O acaso no hay ningunadefinición positiva , que valga conjúntamente para todos los fenómenos psíquicos ? Todofenómeno psíquico está caracterizado por lo que los escolásticos de la Edad Media hanllamado la inexistencia (no significa la no existencia , sino la existencia en) intencional (omental ) de un objeto , y que nosotros llamaríamos , si bien con expresiones noentéramente inequívocas , la referécia a un contenido , la dirección hacia un objeto (por elcual no hay que entender aquí una realidad ), o la objetividad inmanente."En Brentano , pues , la "intencionalidad" tiene dos aspectos: a) la "existencia en" o mental de los objetos psíquicos , y b) la "dirección hacia" un contenido u objeto de todo acto psíquico , frente alfenómeno físico.Husserl toma de Brentano la idea de "intencionalidad" , pero subraya el aspecto de "dirección hacia". Aunque en las Investigaciones Lógicas todavia se nota la influencia de Bretano en cuanto al doble aspécto del concepto de "intencionalidad"; en Ideas se ve más claro como acentúa el segundo aspecto:"Entendimos por intencionalidad la peculiaridad de las vivencias de " ser conciencia de algo ". Ante todo nos salió al encuentro esta maravillosa peculiaridad , a la que retrotraen todos los enigmas de la teoría de la razón y de la metafísica , en el cogito explícito: una percepción es percepción de algo , digamos de una cosa...En todo cogito actual , una "mirada" que irradia del yo puro , se dirige al "objeto" que es el respectivo correlato de la conciencia , a la cosa , la relación objetiva , etc. Y lleva a cabo la muy diversa conciencia de él" ( Ideas 1 , Cap. 84 , Pag.199 ).En obras posteriores Husserl destacó el carácter "constitutivo" de las intenciones : éstas son "cumplimiento" de los actos intencionales. En esta dirección avanzaríamos hacia un idealismo de carácter trascendental.Pero lo que nos interesa de Ideas 1 es que destaca el aspecto direccional de la conciencia ; que esta direccionalidad es múltiple y que constituye el pleno sentido de la conciencia :"La intencionalidad es lo que caracteriza la conciencia en su pleno sentido y lo queautoriza para designar a la vez la corriente entera de las vivencias como corriente deconciencia y como unidad de una conciencia". ( Ibid. Pag. 198)Limitaciones a estos análisis :1º.- Para Husserl parece que aprehender o captar un objeto , sea posesionarse de él sólo intelectualmente ; limita el significado de aprehender a ser el correlato mental de un enunciado sobre un objeto. Pero hay otras formas de aprehender : emotivas , práxicas , etc...2º.- ¿ Cuál es la naturaleza de lo aprehendido ? , No puede ser el objeto como tal objeto , porque la naturaleza de la conciencia es intencional y estructurante y el objeto es mucho más rico de lo que se presenta en la conciencia. El objeto se dividirá en dos ; pensemos que el objeto tiene dos dimensiones , el objeto como realidad , la cosa , y el objeto conocido que es el que está en mi conciencia cuando conozco ,y ambas pueden coincidir total o parcialmente en su estructura. El que el objeto conocido sea más pobreque el real , no quiere decir que lo que yo conozco sea diferente de lo real.3º.- La proporción de elementos sensibles , intelectuales , emotivos , culturales , sociales , etc... que intervienen en la representación del objeto por parte del sujeto , hacen prácticamente imposible la asepsiade la fenomenológica.1-3 PROBLEMAS DEL CONOCIMIENTO1-3.1 POSIBILIDAD DEL CONOCIMIENTO。

泰勒公式的推导及应用

泰勒公式的推导及应用

泰勒公式的推导及应用泰勒公式是一种重要的数学工具,它可以将一个函数在某个点处展开成一个无限次可导函数的幂级数。

这个级数在某些情况下非常有用,可以用来近似数值计算和研究函数的性质。

本文将简要介绍泰勒公式的推导过程和一些应用。

一、泰勒公式的推导设$f(x)$在$x=a$处$n$阶可导,则$f(x)$在$x=a$处的$n$阶泰勒展开式为:$$f(x)=f(a)+\frac{f^{(1)}(a)}{1!}(x-a)+\frac{f^{(2)}(a)}{2!}(x-a)^2+\cdots+\frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^n+R_n(x)$$其中$R_n(x)$为$f(x)$在$x=a$处的$n$阶拉格朗日余项,具体表达式为:$$R_n(x)=\frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}(x-a)^{n+1}$$其中$\xi$介于$x$和$a$之间。

二、泰勒公式的应用1. 求函数的近似值泰勒公式可以用来近似计算函数的值,特别是在求解复杂问题时非常有用。

例如,如果我们需要计算$\sin0.1$的值,可以使用泰勒公式展开$\sin x$:$$\sin x=x-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\cdots$$当$x=0.1$时,忽略高阶项,得到:$$\sin 0.1\approx 0.1-\frac{0.1^3}{3!}=0.0998*******$$这个值与真实值$0.0998*******$非常接近。

2. 求函数的导数泰勒公式可以用来求函数的导数,尤其是对于某些复杂的函数,可以通过泰勒公式求导简化计算过程。

例如,对于$f(x)=\sin x$,我们可以使用泰勒公式展开$\sin x$:$$\sin x=x-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\cdots$$对该式两边求导,得到:$$\cos x=1-\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}-\cdots$$这个式子可以用来计算$\cos x$的值,也可以用来求导。

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Taylor's Formula and the Study of Extrema1. Taylor's Formula for MappingsTheorem 1. If a mapping Y U f →: from a neighborhood ()x U U = of a point x in a normed space X into a normed space Y has derivatives up to order n -1 inclusive in U and has an n-th order derivative()()x f nat the point x, then()()()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+n n n h o h x f n h x f x f h x f !1,Λ (1)as 0→h .Equality (1) is one of the varieties of Taylor's formula, written here for rather general classes of mappings.Proof. We prove Taylor's formula by induction. For1=nit is true by definition of ()x f ,.Assume formula (1) is true for some N n ∈-1.Then by the mean-value theorem, formula (12) of Sect. 10.5, and the induction hypothesis, we obtain.()()()()()()()()()()()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++-+≤⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-+--<<nn n n n n h o h h o h h x f n h x f x f h x f h x f n h f x f h x f 11,,,,10!11sup !1x θθθθθΛΛ,as 0→h .We shall not take the time here to discuss other versions of Taylor's formula, which are sometimes quite useful. They were discussed earlier in detail for numerical functions. At this point we leave it to the reader to derive them (see, for example, Problem 1 below). 2. Methods of Studying Interior ExtremaUsing Taylor's formula, we shall exhibit necessary conditions and also sufficient conditions for an interior local extremum of real-valued functions defined on an open subset of a normed space. As we shall see, these conditions are analogous to the differential conditions already known to us for an extremum of a real-valued function of a real variable.Theorem 2. Let R U f →: be a real-valued function defined on an open set U in a normed space X and having continuous derivatives up to order 11≥-k inclusive in a neighborhood of a point U x ∈and a derivative()()x f kof order k at the point x itself.If()()()0,,01,==-x f x f k Λand()()0≠x f k , then for x to be an extremum of the function f it is:necessary that k be even and that the form ()()k k h x fbe semidefinite,andsufficient that the values of the form()()k k h x fon the unit sphere 1=h be bounded awayfrom zero; moreover, x is a local minimum if the inequalities()()0>≥δk k h x f ,hold on that sphere, and a local maximum if()()0<≤δk k h x f ,Proof. For the proof we consider the Taylor expansion (1) of f in a neighborhood of x. The assumptions enable us to write()()()()()k k k h h h x f k x f h x f α+=-+!1where ()h α is a real-valued function, and ()0→h α as 0→h . We first prove the necessary conditions. Since ()()0≠x f k , there exists a vector00≠h on which ()()00≠kk h x f . Then for values of thereal parameter t sufficiently close to zero,()()()()()()kk k th th th x f k x f th x f 0000!1α+=-+()()()k k k k t h th h x f k ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=000!1αand the expression in the outer parentheses has the same sign as()()kk h x f 0.For x to be an extremum it is necessary for the left-hand side (and hence also the right-handside) of this last equality to be of constant sign when t changes sign. But this is possible only if k is even.This reasoning shows that if x is an extremum, then the sign of the difference ()()x f th x f -+0 is the same as that of ()()kk h x f 0for sufficiently small t; hence in that case there cannot be twovectors0h , 1hat which the form ()()x f kassumes values with opposite signs.We now turn to the proof of the sufficiency conditions. For definiteness we consider the case when()()0>≥δk k h x ffor 1=h . Then()()()()()kk k h h h x f k x f h x f α+=-+!1()()()k k k h h h h x f k ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=α!1 ()kh h k ⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥αδ!1and, since ()0→h α as 0→h , the last term in this inequality is positive for all vectors0≠h sufficiently close to zero. Thus, for all such vectors h,()()0>-+x f h x f ,that is, x is a strict local minimum.The sufficient condition for a strict local maximum is verified similiarly.Remark 1. If the space X is finite-dimensional, the unit sphere ()1;x S with center at X x ∈, being a closed bounded subset of X, is compact. Then the continuous function()()()()kk i i i i k k h h x f h x f ⋅⋅∂=ΛΛ11 (a k-form) has both a maximal and a minimal value on ()1;x S . Ifthese values are of opposite sign, then f does not have an extremum at x. If they are both of the same sign, then, as was shown in Theorem 2, there is an extremum. In the latter case, a sufficient condition for an extremum can obviously be stated as the equivalent requirement that the form()()k k h x fbe either positive- or negative-definite.It was this form of the condition that we encountered in studying realvalued functions on n R .Remark 2. As we have seen in the example of functions R R f n →:, the semi-definitenessof the form()()k k h x fexhibited in the necessary conditions for an extremum is not a sufficientcriterion for an extremum.Remark 3. In practice, when studying extrema of differentiable functions one normally uses only the first or second differentials. If the uniqueness and type of extremum are obvious from the meaning of the problem being studied, one can restrict attention to the first differential when seeking an extremum, simply finding the point x where ()0,=x f 3. Some Examples Example 1. Let()()RR C L ;31∈ and()[]()R b a C f ;,1∈.In other words,()()321321,,,,u u u L u u u αis a continuously differentiable real-valued function defined in 3Rand ()x f x α a smoothreal-valued function defined on the closed interval []R b a ⊂,. Consider the function()[]()R R b a C F →;,:1(2)defined by the relation()[]()()f F R b a C f α;,1∈ ()()()R dx x f x f x L ba∈=⎰,,, (3)Thus, (2) is a real-valued functional defined on the set of functions()[]()R b a C ;,1.The basic variational principles connected with motion are known in physics and mechanics. According to these principles, the actual motions are distinguished among all the conceivable motions in that they proceed along trajectories along which certain functionals have an extremum. Questions connected with the extrema of functionals are central in optimalcontrol theory. Thus, finding and studying the extrema of functionals is a problemof intrinsic importance, and the theory associated with it is the subject of a large area of analysis - the calculus of variations. We have already done a few things to make the transition from the analysis of the extrema of numerical functions to the problem of finding and studying extrema of functionals seem natural to the reader. However, we shall not go deeply into the special problems of variational calculus, but rather use the example of the functional (3) to illustrate only the general ideas of differentiation and study of local extrema considered above.We shall show that the functional (3) is a differentiate mapping and find its differential. We remark that the function (3) can be regarded as the composition of the mappings()()()()()x f x f x L x f F ,1,,= (4)defined by the formula()[]()[]()R b a C R b a C F ;,;,:11→(5)followed by the mapping[]()()()R dx x g g F R b a C g ba∈=∈⎰2;,α (6)By properties of the integral, the mapping 2Fis obviously linear and continuous, so thatits differentiability is clear. We shall show that the mapping1Fis also differentiable, and that()()()()()()()()()()x h x f x f x L x h x f x f x L x h f F ,,3,2,1.,,,∂+∂=(7)for()[]()R b a C h ;,1∈.Indeed, by the corollary to the mean-value theorem, we can write in the present case()()()ii iu u u L u u u L u u u L ∆∂--∆+∆+∆+∑=32131321332211,,,,,,()()()()()()∆⋅∂-∆+∂∂-∆+∂∂-∆+∂≤<<u L u L u L u L u L u L 3312211110sup θθθθ()()ii i i u L u u L i ∆⋅∂-+∂≤=≤≤=3,2,110max max 33,2,1θθ (8)where ()321,,u u u u = and ()321,,∆∆∆=∆.If we now recall that the norm ()1c fof the function f in()[]()R b a C ;,1is⎭⎬⎫⎩⎨⎧c c f f ,,max (wherecfis the maximum absolute value of the function on the closed interval []b a ,), then,setting x u =1,()x f u =2, ()x f u ,3=, 01=∆, ()x h =∆2, and ()x h ,3=∆, we obtain from inequality (8),taking account of the uniform continuity of the functions ()3,2,1,,,321=∂i u u u L i , on boundedsubsets of3R , that()()()()()()()()()()()()()()()()x h x f x f x L x h x f x f x L x f x f x L x h x f x h x f x L bx ,,3,2,,,0,,,,,,,,max ∂-∂--++≤≤()()1c h o = as()01→c hBut this means that Eq. (7) holds.By the chain rule for differentiating a composite function, we now conclude that the functional (3) is indeed differentiable, and()()()()()()()()()()⎰∂+∂=b adx x h x f x f x L x h x f x f x L h f F ,,3,2,,,,, (9)We often consider the restriction of the functional (3) to the affine space consisting of the functions()[]()R b a C f ;,1∈that assume fixed values ()A a f =, ()B b f = at the endpoints of theclosed interval []b a ,. In this case, the functions h in the tangent space ()1f TC , must have the value zero at the endpoints of the closed interval []b a ,. Taking this fact into account, we may integrate by parts in (9) and bring it into the form()()()()()()()()⎰⎪⎭⎫⎝⎛∂-∂=b a dx x h x f x f x L dx d x f x f x L h f F ,3,2,,,,,(10)of course under the assumption that L and f belong to the corresponding class ()2C .In particular, if f is an extremum (extremal) of such a functional, then by Theorem 2 we have()0,=h f Ffor every function()[]()R b a C h ;,1∈such that ()()0==b h a h . From this and relation (10)one can easily conclude (see Problem 3 below) that the function f must satisfy the equation()()()()()()0,,,,,3,2=∂-∂x f x f x L dxdx f x f x L (11)This is a frequently-encountered form of the equation known in the calculus of variations as the Euler-Lagrange equation.Let us now consider some specific examples. Example 2. The shortest-path problemAmong all the curves in a plane joining two fixed points, find the curve that has minimal length.The answer in this case is obvious, and it rather serves as a check on the formal computations we will be doing later.We shall assume that a fixed Cartesian coordinate system has been chosen in the plane, in which the two points are, for example, ()0,0 and ()0,1 . We confine ourselves to just the curves that are the graphs of functions()[]()R C f ;1,01∈assuming the value zero at both ends ofthe closed interval []1,0 . The length of such a curve()()()⎰+=12,1dx x f f F (12)depends on the function f and is a functional of the type considered in Example 1. In this case the function L has the form()()233211,,u u u u L +=and therefore the necessary condition (11) for an extremal here reduces to the equation()()()012,,=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+x f x f dx dfrom which it follows that()()()常数≡+x fx f 2,,1 (13)on the closed interval []1,0 Since the function21uu + is not constant on any interval, Eq. (13) is possible only if()≡x f ,const on []b a ,. Thus a smooth extremal of this problem must be a linear function whosegraph passes through the points ()0,0 and ()0,1. It follows that ()0≡x f , and we arrive at the closed interval of the line joining the two given points. Example 3. The brachistochrone problemThe classical brachistochrone problem, posed by Johann Bernoulli I in 1696, was to find the shape of a track along which a point mass would pass from a prescribed point 0Ptoanother fixed point1Pat a lower level under the action of gravity in the shortest time.We neglect friction, of course. In addition, we shall assume that the trivial case in whichboth points lie on the same vertical line is excluded. In the vertical plane passing through the points 0Pand1Pwe introduce a rectangularcoordinate system such that 0Pis at the origin, the x-axis is directed vertically downward,and the point1Phas positive coordinates ()11,y x .We shall find the shape of the track amongthe graphs of smooth functions defined on the closed interval []1,0x and satisfying the condition ()00=f ,()11y x f =. At the moment we shall not take time to discuss this by no means uncontroversial assumption (see Problem 4 below). If the particle began its descent from the point0Pwith zero velocity, the law of variationof its velocity in these coordinates can be written asgxv 2= (14)Recalling that the differential of the arc length is computed by the formula()()()()dx x f dy dx ds 2,221+=+=(15)we find the time of descent()()()⎰+=12,121x dx xx f gf F (16)along the trajectory defined by the graph of the function ()x f y =on the closed interval []1,0x .For the functional (16)()()1233211,,u u uu u L +=,and therefore the condition (11) for an extremum reduces in this case to the equation()()()012,,=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+x f x x f dx d , from which it follows that()()()xc x fx f =+2,,1 (17)where c is a nonzero constant, since the points are not both on the same vertical line. Taking account of (15), we can rewrite (17) in the formx c dsdy= (18)However, from the geometric point of viewϕcos =ds dx ,ϕsin =dsdy (19)where ϕ is the angle between the tangent to the trajectory and the positive x-axis.By comparing Eq. (18) with the second equation in (19), we findϕ22sin 1cx =(20)But it follows from (19) and (20) thatdx dy d dy =ϕ,2222sin 2sin c c d d tg d dx tg d dx ϕϕϕϕϕϕϕ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==,from which we find()b c y +-=ϕϕ2sin 2212(21)Settinga c =221 and t =ϕ2, we write relations (20) and (21) as()()bt t a y t a x +-=-=sin cos 1 (22)Since 0≠a , it follows that 0=x only for πk t 2=,Z k ∈. It follows from the form of thefunction (22) that we may assume without loss of generality that the parameter value 0=t corresponds to the point()0,00=P . In this case Eq. (21) implies 0=b , and we arrive at thesimpler form()()t t a y t a x sin cos 1-=-= (23)for the parametric definition of this curve.Thus the brachistochrone is a cycloid having a cusp at the initial point0Pwhere thetangent is vertical. The constant a, which is a scaling coefficient, must be chosen so that the curve (23) also passes through the point1P .Such a choice, as one can see by sketching thecurve (23), is by no means always unique, and this shows that the necessary condition (11) foran extremum is in general not sufficient. However, from physical considerations it is clear which of the possible values of the parameter a should be preferred (and this, of course, can be confirmed by direct computation).泰勒公式和极值的研究1.映射的泰勒公式定理1 如果从赋范空间X 的点x 的邻域()x U U =到赋范空间Y 的映射Y U f→:在U中有直到n-1阶(包括n-1在内)的导数,而在点x 处有n 阶导数。

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