Enunciado

Dos funciones f , g : R → R   son iguales hasta el orden n em a si:

lim h → 0 ⁡ f a + h - g a + h h n = 0

  1. Probar que f es diferenciable em a si y sólo si existe uma funcion g de la forma g x = a 0 + a i x - a tal que f y g son iguales hasta el primer orden em a.
  2. Si f ' a , … ,   f n a existen, probar que f y la funcion g definida por

g x = ∑ i = 0 n f i a i ! x - a i

Son iguales hasta el orden n. Indicacion: El limite

lim x → a ⁡ f x - ∑ i = 0 n - 1 f i a i !   x - a i x - a n

Puede calcularse por la regra de l’Hôpital.

Passo 1

Faaaaaala, galera... Tranquileba??

Por definição, se f é diferenciavel em a, então:

lim h → 0 ⁡ f a + h - f a + f ' a h h = 0

Então podemos fazer g x = f a + f ' a x - a

Bora pro próximo passo?!

Passo 2

Obrigado por vir, carinha.

Por outro lado, se existe uma função g x = a 0 + a 1 x - a tal que:

lim h → 0 ⁡ f a + h - g a + h h = lim h → 0 ⁡ f a + h - a 0 - a 1   h h = 0

Então a 0 = f ( a ) , logo a diferenciabilidade de f em a é f ' a = a 1

Provando assim que só existe diferenciabilidade em f se existe a função g dita.

Passo 3

Agora a b já não é trivial assim. Bora lá?

O Teorema 5.15 deste livro, supõe que f é ma função real no intervalo [a,b], onde n é um integrado positivo em f n - 1 contínuo em [a,b], f n existe para todo t ∈ a , b . Façamos com que α , β sejam pontos distintos de [a,b], e definimos:

P t = ∑ k = 0 n - 1 f k α k ! t - α k

Então existe um ponto x entre α e β tal que:

f β = P β + f n x n ! β - α n

Pelo mesmo teorema, podemos rescrever f como:

f x = ∑ i = 0 n - 1 f i a i ! x - a i + f n y n ! x - a n  

Onde y está entre x e a. Portanto:

lim x → a ⁡ f x - g x x - a n = lim x → a ⁡ f n y n ! x - a n -   f n a n ! x - a n x - a n

E:

lim x → a ⁡ f n y n ! x - a n -   f n a n ! x - a n x - a n = lim x → a ⁡ f n   y - f n x n !

lim x → a ⁡ f n   y - f n x n ! = 0

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)