2変数関数のテーラー(Taylor)の定理の導出

2変数関数のテイラー(Taylor)の定理の導出

a a+h f x ( x,b )dx

= a a+h 1 f x ( x,b )dx

= a a + h ( a + h x ) f x ( x , b ) d x

= [ ( a+hx ) f x ( x,b ) ] a a+h a a+h { ( a+hx ) } x f x ( x,b )dx

=h f x ( a,b )+ a a+h ( a+hx ) f xx ( x,b )dx

=h f x ( a,b )+ a a+h { 1 2 ( a+hx ) 2 } f xx ( x,b )dx

=h f x ( a,b )+ [ 1 2 ( a+hx ) 2 f xx ( x,b ) ] a a+h a a+h { 1 2 ( a+hx ) 2 } x f xx ( x,b )dx

=h f x ( a,b )+ 1 2 h 2 f xx ( a,b ) + a a+h { 1 2 ( a+hx ) 2 } f xxx ( x,b )dx

=h f x ( a,b )+ 1 2 h 2 f xx ( a,b ) + a a+h { 1 6 ( a+hx ) 3 } f xxx ( x,b )dx

=h f x ( a,b )+ 1 2 h 2 f xx ( a,b ) + [ 1 6 ( a+hx ) 3 f xxx ( x,b ) ] a a+h a a+h { 1 6 ( a+hx ) 3 } x f xxx ( x,b )dx

=h f x ( a,b )+ 1 2 h 2 f xx ( a,b )+ 1 6 h 3 f xxx ( a,b ) + a a+h { 1 6 ( a+hx ) 3 } f xxxx ( x,b )dx

このことから,積分を続けていくと

=h f x ( a,b )+ 1 2 h 2 f xx ( a,b )+ 1 6 h 3 f xxx ( a,b )

+ + 1 ( n1 )! h n1 ( x ) n1 f( a,b ) + 1 n! h n ( x ) n f( a,b ) + a a+h 1 ( n+1 )! { ( a+hx ) n+1 } ( x ) n+1 f( x,b )dx

となる.

b b+k f y ( a+h,b )dy

= b b+k 1 f y ( a+h,y )dy

= b b + k ( b + k y ) f y ( a + h , y ) d y

= [ ( b+ky ) f y ( a+h,y ) ] b b+k b b+k { ( b+ky ) } y f y ( a+h,y )dy

=k f y ( a+h,b )+ b b+k ( b+ky ) f yy ( a+h,y )dy

=k f y ( a+h,b )+ b b+k { 1 2 ( b+ky ) 2 } f yy ( a+h,y )dy

=k f y ( a+h,b )+ [ 1 2 ( b+ky ) 2 f yy ( a+h,y ) ] b b+k b b+k { 1 2 ( b+ky ) 2 } y f yy ( a+h,y )dy

=k f y ( a+h,b )+ 1 2 k 2 f yy ( a+h,b ) + b b+k { 1 2 ( b+ky ) 2 } f yyy ( a+h,y )dy

=k f y ( a+h,b )+ 1 2 k 2 f yy ( a+h,b ) + b b+k { 1 6 ( b+ky ) 3 } f yyy ( a+h,y )dy

=k f y ( a+h,b )+ 1 2 k 2 f yy ( a+h,b ) + [ 1 6 ( b+ky ) 3 f yyy ( a+h,y ) ] b b+k b b+k { 1 6 ( b+ky ) 3 } y f yyy ( a+h,y )dy

=k f y ( a+h,b )+ 1 2 k 2 f yy ( a+h,b ) + 1 6 k 3 f yyy ( a+h,b ) + b b+k { 1 6 ( b+ky ) 3 } f yyyy ( a+h,y )dy

このことから,積分を続けていくと

=k f y ( a+h,b ) + 1 2 k 2 f yy ( a+h,b ) + 1 6 k 3 f yyy ( a+h,b )

+ + 1 ( n1 )! k n1 ( y ) n1 f( a+h,b ) + 1 n! k n ( y ) n f( a+h,b ) + b b+k 1 ( n+1 )! { ( b+ky ) n+1 } ( y ) n+1 f( a+h,y )dy

となる.


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最終更新日: 2019年9月17日