126. Другие формы дополнительного члена.
Формула Тейлора с дополнительным членом в форме Пеано имеет многообразные приложения (см. следующую главу); но все они, так сказать, «локального» характера, т. е. относятся к самой точке
Если в них иной раз и идет речь о других значениях х, то эти значения предполагаются
«достаточно близкими» к
и наперед не могут быть взяты по произволу.
Между тем естественно попытаться использовать многочлен
как приближение к функции
с помощью которого она и может быть вычислена с нужной степенью точности.
Для того чтобы многочлен
был пригоден для этой роли, необходимо иметь возможность оценивать разность (7) для данного х. В этом случае форма
, характеризующая лишь стремление
к 0 при
служить не может. Она не позволяет устанавливать для каких значений х многочлен
воспроизводит функцию
с наперед указанной степенью точности; ничего не говорит она также о том, как можно было бы - при данном х - воздействовать на величину дополнительного члена
за счет увеличения
, и т. д.
Поэтому мы обратимся к выводу других форм дополнительного члена
Для определенности будем рассматривать промежуток
вправо от точки
и будем считать функцию
определенной в этом промежутке; случай, когда функция задана в промежутке
исчерпывается аналогично.
На этот раз сделаем более тяжелые предположения, именно, допустим, что во всем промежутке
существуют и непрерывны первые
производных:
и кроме того, по крайней мере, в открытом промежутке
существует и конечна
производная
Отметим, что, ввиду (6) и (7),
Фиксируем теперь любое значение х из промежутка
, и по образцу правой части формулы (12), заменяя постоянное число
на переменную z, составим новую, вспомогательную функцию:
причем независимую переменную z считаем изменяющейся в промежутке
. В этом промежутке функция
непрерывна и принимает на концах его значения [см. (12)]:
Кроме того, в промежутке
существует производная
или, после упрощения,
Возьмем теперь произвольную функцию
непрерывную в промежутке
и имеющую не обращающуюся в нуль производную
по крайней мере, в открытом промежутке
К функциям
применим формулу Коши [114]:
где
Так как
то
Теперь, если подставлять вместо
любые удовлетворяющие поставленным условиям функции, мы получим различные формы дополнительного члена
Пусть
где
. Имеем:
Очевидно, эта функция удовлетворяет поставленным требованиям. Поэтому
Так как
то
и окончательно:
Это выражение называется дополнительным членом в форме Шлемильха и Роша (О. Schlomilch - Roche).
Из него, придавая
конкретные значения, можно получать более частные формы дополнительного члена. Положив
получим дополнительный член в форме Лагранжа:
который выглядит особенно просто. Он напоминает следующий очередной член формулы Тейлора, лишь вместо того, чтобы вычислить
производную в точке
эту производную берут для некоторого среднего (между
значения с.
Формула Тейлора с дополнительным членом в форме Лагранжа, таким образом, имеет вид
Если перенести в ней член
налево, то легко усмотреть в ней прямое обобщение формулы конечных приращений [112], которую можно написать так:
Хотя охотнее всего пользуются дополнительным членом именно в форме Лагранжа, ввиду ее простоты, все же в отдельных случаях эта форма оказывается непригодной для оценки дополнительного члена, и приходится прибегать к другим формам, менее простым. Из них упомянем здесь о дополнительном члене в форме Коши, который получается из общей формы Шлемильха и Роша при