Остаток формулы Тейлора в интегральной форме

Эта статья находится в разработке!

Утверждение:

Пусть в окрестности точки [math]x_0[/math] функция [math]f[/math] [math]n + 1[/math] раз дифференцируема и её [math](n + 1)[/math]-я производная интегрируема. Тогда в окрестности точки [math]x_0[/math] [math]f(x) = \sum\limits_{k = 0}^n \frac{f^{(k)} (x_0)}{k!}(x - x_0)^k + \frac1{n!} \int\limits_{x_0}^x f^{(n + 1)}(t) (x-t)^n dt[/math]. Эта формула называется формулой Тейлора с записью остатка в интегральной форме.

[math]\triangleright[/math]

Докажем по индукции. База: [math]n = 0[/math]. [math] f(x) = \frac{f^{(0)} (x_0)}{0!}(x - x_0)^0 + \frac{1}{0!}\int\limits_{x_0}^x f'(t) (x - t)^0 dt [/math]. Заметим, что это формула Ньютона-Лейбница: [math] f(x) = f^{(0)}(x_0) + \int\limits_{x_0}^x f'(t) dt [/math] [math] f(x) - f(x_0) = \int\limits_{x_0}^x f'(t) dt [/math] Проделаем шаг [math]n \to n + 1[/math]: Так как формула верна для [math]n[/math] то [math]f[/math] можно записать как [math]f(x) = \sum\limits_{k = 0}^n \frac{f^{(k)} (x_0)}{k!}(x - x_0)^k + \frac1{n!} \int\limits_{x_0}^x f^{(n + 1)}(t) (x-t)^n dt[/math]. Теперь преобразуем интеграл, интегрируя по частям: [math]\frac1{n!} \int\limits_{x_0}^x f^{(n + 1)} (t) (x - t)^n dt = [/math](внося [math](x - t)^n[/math] под знак дифференциала) [math]\frac{1}{(n + 1)!} \int\limits_{x_0}^x f^{(n + 1)}(t) d(-(x-t)^{n + 1}) = [/math] [math]\frac1{(n+1)!} (f^{(n + 1)}(t) (-(x-t)^{n + 1})) |^x_{x_0} + \frac1{(n + 1)!} \int\limits_{x_0}^x f^{(n + 2)}(t) (x - t)^{n + 1} dt = [/math] [math]\frac1{(n+1)!} f^{(n + 1)}(x_0) (x - x_0)^{n + 1} + \frac1{(n + 1)!}\int\limits_{x_0}^x f^{(n + 2)}(t) (x - t)^{n + 1} dt[/math] По индукции получаем, что формула верна для любого [math]n[/math].

[math]\triangleleft[/math]