kaoyan1basic 高等数学 第634题

教材习题

📝 题目

### 第634题 设 $\displaystyle f(x)=\left\{\begin{array}{cl}\frac{1-\cos x}{x^{2}}, & x \neq 0 \\ \frac{1}{2}, & x=0\end{array}\right.$ ,则 $f(x)$ 在点 $x=0$ 处六阶导数 $f^{(6)}(0)$ (A)不存在. (B)等于 $\displaystyle -\frac{1}{6}$ . (C)等于 $\displaystyle \frac{1}{56}$ . (D)等于 $\displaystyle -\frac{1}{56}$ .

💡 答案解析

**答案**:D **解析**: 步骤1:$\displaystyle f(x)=\frac{1-\cos x}{x^2}$,$x\neq0$,$\displaystyle f(0)=\frac{1}{2}$,由$\cos x$的Taylor展开:$\displaystyle \cos x = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \frac{x^6}{6!} + \cdots$。 步骤2:则$\displaystyle 1-\cos x = \frac{x^2}{2!} - \frac{x^4}{4!} + \frac{x^6}{6!} - \cdots$,故$\displaystyle f(x)=\frac{1}{2!} - \frac{x^2}{4!} + \frac{x^4}{6!} - \cdots$。 步骤3:$f(x)$的Taylor级数为$\displaystyle \frac{1}{2} - \frac{x^2}{24} + \frac{x^4}{720} - \cdots$,$x^6$项系数为$\displaystyle -\frac{1}{8!} = -\frac{1}{40320}$,故$\displaystyle f^{(6)}(0) = 6! \times \left(-\frac{1}{40320}\right) = -\frac{720}{40320} = -\frac{1}{56}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:写出f(x)在x≠0时的表达式,并利用cos x的泰勒展开
当x≠0时,f(x) = (1-cos x)/x^2。cos x的泰勒展开为:cos x = 1 - x^2/2! + x^4/4! - x^6/6! + ...
公式:cos x = 1 - x^2/2! + x^4/4! - x^6/6! + ...
提示:注意展开到足够高阶,因为需要求六阶导数。
步骤 2/4
目标:计算1-cos x的泰勒展开,并代入f(x)
1-cos x = x^2/2! - x^4/4! + x^6/6! - ...,所以f(x) = (1-cos x)/x^2 = 1/2! - x^2/4! + x^4/6! - ...
公式:1-cos x = x^2/2! - x^4/4! + x^6/6! - ...
提示:注意x^2项约去后,f(x)的泰勒级数从常数项开始。
步骤 3/4
目标:写出f(x)的泰勒级数,并找出x^6项的系数
f(x) = 1/2 - x^2/24 + x^4/720 - x^6/40320 + ...,其中x^6项系数为-1/40320。
公式:f(x) = 1/2 - x^2/24 + x^4/720 - x^6/40320 + ...
提示:注意符号:从cos x展开的符号交替,这里负号来自- x^6/6!。
步骤 4/4
目标:利用泰勒级数系数与导数的关系求f^(6)(0)
f(x)的泰勒级数中x^6项的系数为f^(6)(0)/6!,所以f^(6)(0) = 6! × (-1/40320) = -720/40320 = -1/56。
公式:f^(n)(0) = n! × (x^n项系数)
提示:注意6! = 720,40320 = 8!,但这里直接计算即可。

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