MathLabs
定理証明済み

テイラーの定理

内容

ff が aa と xx を含む区間上で n+1n+1 回微分可能ならば、f(x)=∑k=0nf(k)(a)k!(x−a)k+Rn(x)f(x) = \sum_{k=0}^n \frac{f^{(k)}(a)}{k!}(x-a)^k + R_n(x) が成り立ち、ラグランジュの剰余項は aa と xx の間のある ξ\xi を用いて Rn(x)=f(n+1)(ξ)(n+1)!(x−a)n+1R_n(x) = \frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}(x-a)^{n+1} と書ける。

なぜ正しいのか?

ある点の近くで滑らかな関数は、その点での関数値とある階数までのすべての導関数値が一致する多項式によってよく近似される;剰余項はこの近似の良さを正確に測るものであり、項を増やすにつれて通常非常に速く小さくなる。

証明の概略

xx を固定し、g(t)=f(x)−∑k=0nf(k)(t)k!(x−t)kg(t)=f(x)-\sum_{k=0}^n\frac{f^{(k)}(t)}{k!}(x-t)^k と h(t)=(x−t)n+1h(t)=(x-t)^{n+1} を定義する。このとき g(x)=h(x)=0g(x)=h(x)=0 であり、項が打ち消し合って g′(t)=−f(n+1)(t)n!(x−t)ng'(t)=-\frac{f^{(n+1)}(t)}{n!}(x-t)^n、また h′(t)=−(n+1)(x−t)nh'(t)=-(n+1)(x-t)^n となる。aa と xx の間の区間で g,hg,h にコーシーの平均値定理を適用すると、aa と xx の間のある ξ\xi に対して g(a)−g(x)h(a)−h(x)=g′(ξ)h′(ξ)\frac{g(a)-g(x)}{h(a)-h(x)}=\frac{g'(\xi)}{h'(\xi)} が得られ、これはちょうど Rn(x)=f(n+1)(ξ)(n+1)!(x−a)n+1R_n(x)=\frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!}(x-a)^{n+1} に簡約される。

証明者

この定理を使うトピック

関連する定理

ステップごとの証明

この定理のステップごとの証明はまだありません。

参考文献

  1. Brook Taylor (1715). Methodus Incrementorum Directa et Inversa
  2. Joseph-Louis Lagrange (1797). Théorie des fonctions analytiques