Bourbaki

Exercice 7, § 3

Fonctions d’une variable réelle, I, p. 47

Soient ff une fonction numérique finie nn fois dérivable au point x0x_0, gg une fonction vectorielle nn fois dérivable au point y0=f(x0)y_0 = f(x_0). Soient

f(x0+h)=a0+a1h+⋯+anhn+rn(h)g(y0+k)=b0+b1k+⋯+bnkn+sn(k) f(x_0 + h) = a_0 + a_1 h + \cdots + a_n h^n + r_n(h) \\ g(y_0 + k) = b_0 + b_1 k + \cdots + b_n k^n + s_n(k)
les développements de Taylor d’ordre nn de ff et gg aux points x0x_0 et y0y_0 respectivement. Montrer que la somme des n+1n + 1 termes du développement de Taylor d’ordre nn de la fonction composée g∘fg \circ f au point x0x_0 est égal à la somme des termes de degré ≤n\leq n dans le polynôme
b0+b1(a1h+⋯+anhn)+b2(a1h+⋯+anhn)2+⋯+bn(a1h+⋯+anhn)n. b_0 + b_1 (a_1 h + \cdots + a_n h^n) + b_2 (a_1 h + \cdots + a_n h^n)^2 + \cdots + b_n (a_1 h + \cdots + a_n h^n)^n.
En déduire les deux formules suivantes: a)
Dn(g(f(x)))=∑m1!m2!…mq!n!m1!m2!…mq!g(p)(f(x))(f′(x)1!)m1⋯(f(q)(x)q!)mq D^n(g(f(x))) = \sum_{m_1! m_2! \ldots m_q!} \frac{n!}{m_1! m_2! \ldots m_q!} g^{(p)}(f(x)) \left( \frac{f'(x)}{1!} \right)^{m_1} \cdots \left( \frac{f^{(q)}(x)}{q!} \right)^{m_q}
la somme étant étendue à tous les systèmes d’entiers positifs (mi)1≤i≤q(m_i)_{1 \leq i \leq q} tels que
m1+2m2+⋯+qmq=n m_1 + 2m_2 + \cdots + qm_q = n
et pp désignant la somme m1+m2+⋯+mqm_1 + m_2 + \cdots + m_q. b)
Dn(g(f(x)))=∑p=1n1p!g(p)(f(x))(∑q=1p(pq)(−f(x))p−qDn((f(x))q)). D^n(g(f(x))) = \sum_{p=1}^n \frac{1}{p!} g^{(p)}(f(x)) \left( \sum_{q=1}^p \binom{p}{q} (-f(x))^{p-q} D^n((f(x))^q) \right).

Solution

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Transcrit du volume imprimé. Non traduit.