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.