2変数のテイラー(Taylor)の定理の導出

2変数関数のテイラー(Taylor)の定理の導出

(1)式

∫ a a+h ∂ ∂x f y ( x,b )dx

= ∫ a a+h 1⋅ f yx ( x,b )dx

= ∫ a a+h − ( a+h−x ) ′ ⋅ f yx ( x,b )dx

部分積分法を用いると

= [ −( a+h−x ) f yx ( x,b ) ] a a+h − ∫ a a+h −( a+h−x ) ∂ ∂x f yx ( x,b )dx

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

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

=h f yx ( a,b ) + [ − 1 2 ( a+h−x ) 2 f yxx ( x,b ) ] a a+h − ∫ a a+h { − 1 2 ( a+h−x ) 2 } ∂ ∂x f yxx ( x,b )dx

=h f yx ( a,b )+ 1 2 h 2 f yxx ( a,b ) + ∫ a a+h { 1 2 ( a+h−x ) 2 } f yxxx ( x,b )dx

積分を繰り返すと

=h f yx ( a,b )+ 1 2 h 2 f yxx ( a,b ) +⋯ + 1 ( n−1 )! h n−1 ( ∂ ∂x ) n−1 ∂ ∂y f( a,b )

+ ∫ a a+h { − 1 n! ( a+h−x ) n } ′ ( ∂ ∂x ) n ∂ ∂y f( x,b )dx

(2)式

∫ a a+h ∂ ∂x f yy ( x,b )dx

= ∫ a a+h 1⋅ f yyx ( x,b )dx

= ∫ a a+h − ( a+h−x ) ′ ⋅ f yyx ( x,b )dx

部分積分法を用いると

= [ −( a+h−x ) f yyx ( x,b ) ] a a+h − ∫ a a+h −( a+h−x ) ∂ ∂x f yyx ( x,b )dx

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

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

=h f yyx ( a,b ) + [ − 1 2 ( a+h−x ) 2 f yyxx ( x,b ) ] a a+h − ∫ a a+h { − 1 2 ( a+h−x ) 2 } ∂ ∂x f yyxx ( x,b )dx

=h f yyx ( a,b )+ 1 2 h 2 f yyxx ( a,b ) + ∫ a a+h { 1 2 ( a+h−x ) 2 } f yyxxx ( x,b )dx

(1)式と同様に,積分を繰り返すと

=h f yyx ( a,b )+ 1 2 h 2 f yyxx ( a,b ) +⋯ + 1 ( n−2 )! h n−2 ( ∂ ∂x ) n−2 ( ∂ ∂y ) 2 f( a,b )

+ ∫ a a+h { − 1 ( n−1 )! ( a+h−x ) n−1 } ′ ( ∂ ∂x ) n−1 ( ∂ ∂y ) 2 f( x,b )dx

(3)式

∫ a a+h ∂ ∂x f yyy ( x,b )dx

= ∫ a a+h 1⋅ f yyyx ( x,b )dx

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

= [ −( a+h−x ) f yyyx ( x,b ) ] a a+h − ∫ a a+h −( a+h−x ) ∂ ∂x f yyyx ( x,b )dx

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

=h f yyyx ( a,b ) + [ − 1 2 ( a+h−x ) 2 f yyyxx ( x,b ) ] a a+h − ∫ a a+h { − 1 2 ( a+h−x ) 2 } ∂ ∂x f yyyxx ( x,b )dx

=h f yyyx ( a,b )+ 1 2 h 2 f yyyxx ( a,b ) + ∫ a a+h { 1 2 ( a+h−x ) 2 } f yyyxxx ( x,b )dx

積分を繰り返すと

=h f yyyx ( a,b )+ 1 2 h 2 f yyyxx ( a,b ) +⋯ + 1 ( n−3 )! h n−3 ( ∂ ∂x ) n−3 ( ∂ ∂y ) 3 f( a,b )

+ ∫ a a+h { − 1 ( n−2 )! ( a+h−x ) n−2 } ′ ( ∂ ∂x ) n−2 ( ∂ ∂y ) 3 f( x,b )dx


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最終更新日: 2023年1月21日