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+h−x ) f x ( x,b ) ] a a+h − ∫ a a+h { −( a+h−x ) } ∂ ∂x f x ( x,b )dx

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

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

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

=h f x ( a,b )+ 1 2 h 2 f xx ( a,b ) + [ − 1 6 ( a+h−x ) 3 f xxx ( x,b ) ] a a+h − ∫ a a+h { − 1 6 ( a+h−x ) 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+h−x ) 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 ( n−1 )! h n−1 ( ∂ ∂x ) n−1 f( a,b ) + 1 n! h n ( ∂ ∂x ) n f( a,b ) + ∫ a a+h 1 ( n+1 )! { − ( a+h−x ) 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+k−y ) f y ( a+h,y ) ] b b+k − ∫ b b+k { −( b+k−y ) } ∂ ∂y f y ( a+h,y )dy

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

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

=k f y ( a+h,b )+ [ − 1 2 ( b+k−y ) 2 f yy ( a+h,y ) ] b b+k − ∫ b b+k { − 1 2 ( b+k−y ) 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+k−y ) 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+k−y ) 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+k−y ) 3 f yyy ( a+h,y ) ] b b+k − ∫ b b+k { − 1 6 ( b+k−y ) 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+k−y ) 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 ( n−1 )! k n−1 ( ∂ ∂y ) n−1 f( a+h,b ) + 1 n! k n ( ∂ ∂y ) n f( a+h,b ) + ∫ b b+k 1 ( n+1 )! { − ( b+k−y ) 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