On raisonne de mˆeme pour montrer que si x<x0, alors on a g(x) = (x−x0)n+1ε(x−x0). Cela
termine la preuve.
Exemple. On a vu que 1
1+x= 1 −x+x2+. . . + (−1)nxn+xnε(x) pour tout n≥0. Donc
ln(1 + x) = x−x2
2+x3
3+. . . +(−1)n+1
nxn+xnε(x) pour tout n≥1.
Le th´eor`eme suivant permet de calculer n’importe quel d´eveloppement limit´e d’une fonction
suffisamment r´eguli`ere.
Th´eor`eme. (Formule de Taylor-Young) Soit Iun intervalle, x0∈I. Soit nun entier et f:I→R
une fonction nfois d´erivable sur I. Alors, fadmet un DLn(x0)donn´e par
f(x) = f(x0)+(x−x0)f0(x0) + (x−x0)2
2f00(x0) + . . . +(x−x0)n
n!f(n)(x0)+(x−x0)nε(x−x0).
Remarque. On appelle la quantit´e Tn(x) := f(x0) + (x−x0)f0(x0) + (x−x0)2
2f00(x0) + . . . +
(x−x0)n
n!f(n)(x0) le polynˆome de Taylor d’ordre nde fen x0. Le th´eor`eme de Taylor-Young dit que
f(x) est proche de Tn(x).
Remarque. On peut avoir fqui admet un DLn(x0) sans avoir f n fois d´erivable. (Ce n’est une
´equivalence que si n= 1). Par exemple, soit f(x) = cos(x) +x3sin 1
xet x0= 0. On remarque que
x3sin 1
x=x2ε(x), donc (cf ci-dessous le DL de cos), f(x)=1−x2
4+x2ε(x). On a n´ecessairement
f(0) = 1 (cad fprolongeable par continuit´e en 0 en posant f(0) = 1) et f0(0) = 0. Mais fn’est
pas d´erivable 2 fois en 0. En effet , f0(x)−f0(0)
x−0=−sin(x)
x−cos(1/x) + 3xsin(1/x) et: sin(x)
xtend
vers 1, 3xsin(1/x) tend vers 0 tandis que cos(1/x) n’a pas de limite. Donc leur somme n’a pas
de limite (par l’absurde si elle avait une limite, alors cos(1/x) aurait une limite par les th´eor`emes
d’op´eration-somme et soustraction-).
Preuve du th´eor`eme. C’est une preuve par r´ecurrence. On doit donc montrer (Hn): pour toute
fonction f n fois d´erivable sur I, on a f(x) = Tn(x0)+(x−x0)nε(x−x0).
Pour n= 1: on a f(x) = f(x0) + f0(x0)(x−x0)+(x−x0)ε(x−x0) (voir cours 5). Donc H1est
vraie.
Supposons (Hn) vraie et montrons (Hn+1): Soit fune fonction n+ 1 fois d´erivable. Comme f0est
nfois d´erivable, on peut appliquer (Hn) qui dit que
f0(x) = f0(x0)+(x−x0)f00 (x0)+ (x−x0)2
2f(3)(x0)+. . .+(x−x0)n
n!f(n+1)(x0)+(x−x0)nε(x−x0).
Par la proposition pr´ec´edente, fadmet donc un DLn(x0) et
f(x) = f(x0)+(x−x0)f0(x0)+ (x−x0)2
2f00(x0)+. . .+(x−x0)n+1
(n+ 1)! f(n+1)(x0)+(x−x0)n+1ε(x−x0)
ce qui termine la preuve de la r´ecurrence.
La formule de Taylor-Lagrange est une g´en´eralisation du th´eor`eme des accroissements finis. Il
permet d’avoir une repr´esentation du terme d’erreur dans la formule de Taylor-Young.
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