10. Формула Тейлора для отображений одного нормированного пространства в другое.
Согласно рассмотрениям
сильная дифференцируемость отображения
означает, что разность
может быть представлена в виде линейного члена по
и слагаемого, имеющего порядок выше первого относительно
Этот факт обобщает, как мы знаем, соответствующее разложение для дифференцируемой функции
переменных. Для функции
справедлива, как было показано в этой главе, формула Тейлора с остаточным членом в форме Пеано. Поэтому, естественно, возникает вопрос о получении формулы Тейлора с остаточным членом в форме, аналогичной форме Пеано, и для отображений нормированных пространств. Справедлива следующая теорема.
Теорема. Пусть
— отображение нормированного пространства
в нормированное пространство
определенное на некотором открытом множестве
и такое, что
существует и представляет собой равномерно непрерывную? функцию от х в 2. Тогда имеет место равенство
Доказательство. Проведем доказательство этой теоремы по индукции. При
равенство означает просто дифференцируемость отображения
и тем самым это равенство по условию теоремы выполнено. Рассмотрим теперь произвольное фиксированное целое число
и предположим, Что равенство, получающееся из (4) заменой
на
справедливо для всех отображений, удовлетворяющих условиям теоремы, в которых
заменено на
Докажем равенство
Рассмотрим отображение
и применим к нему формулу Тейлора
в которой
заменено на
а вместо приращения
рассмотрено приращение
, где t — число, принадлежащее сегменту [0, 1]. Очевидно, что
где
, а форма
имеет
аргумента. Проинтегрируем обе части формулы Тейлора для
по сегменту
и воспользуемся формулой
Ньютона — Лейбница для абстрактных функций (см. формулу
Получим
где
Здесь мы воспользовались тем, что по определению интеграла от абстрактных функций справедливо равенство
а также формулой для отображения
Таким образом
где для
в силу свойств 3 интеграла (см. п. 5) справедлива оценка
Следовательно, формула Тейлора для отображения
одного нормированного пространства
в другое нормированное пространство
установлена. Теорема доказана.