ใน แคลคูลัส ตัวแปรเดียว คำว่า ผลหารต่าง ( difference quotient) มักใช้เรียกนิพจน์นี้
เอฟ ( x + ชม. ) − เอฟ ( x ) ชม. {\displaystyle {\frac {f(x+h)-f(x)}{h}}} ซึ่งเมื่อพิจารณาลิมิต เมื่อh เข้าใกล้ 0 จะได้อนุพันธ์ ของฟังก์ชัน f [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ชื่อของนิพจน์นี้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันคือผลหาร ของผลต่าง ของค่าของฟังก์ชันกับผลต่างของค่า ที่ สอดคล้องกันของตัวแปร ( ในกรณีนี้ คือ ( x + h ) - x = h ) [ 5 ] [ 6 ] ผลหารผลต่างเป็นการวัดอัตราการเปลี่ยนแปลง เฉลี่ย ของฟังก์ชันในช่วงเวลาหนึ่ง (ในกรณีนี้คือช่วงเวลาที่มีความยาวh ) [ 7 ] [ 8 ] : 237 [ 9 ] ดังนั้นลิมิตของผลหารผลต่าง (เช่น อนุพันธ์) จึงเป็นอัตราการเปลี่ยนแปลงทันที [ 9 ]
ด้วยการเปลี่ยนแปลงสัญลักษณ์ (และมุมมอง) เล็กน้อย สำหรับช่วง [ a , b ] ผลหารต่าง
เอฟ ( ข ) − เอฟ ( เอ ) ข − เอ {\displaystyle {\frac {f(b)-f(a)}{ba}}} เรียกว่า[ 5 ] ค่าเฉลี่ย (หรือค่าเฉลี่ยเลขคณิต) ของอนุพันธ์ของf ในช่วง [ a , b ] ชื่อนี้ได้รับการพิสูจน์โดยทฤษฎีบทค่าเฉลี่ย ซึ่งระบุว่าสำหรับฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ได้ f อนุพันธ์f ′ จะมีค่าเฉลี่ย ที่จุดใดจุดหนึ่งในช่วง[ 5 ] ในทางเรขาคณิต ผลหารความแตกต่างนี้วัดความชัน ของเส้นตัด ที่ผ่านจุดที่มีพิกัด ( a , f ( a )) และ ( b , f ( b )) [ 10 ]
ผลหารความแตกต่างถูกใช้เป็นค่าประมาณในการหาอนุพันธ์เชิงตัวเลข [ 8 ] แต่ก็ถูกวิพากษ์วิจารณ์ในการประยุกต์ใช้นี้เช่นกัน [ 11 ]
ผลหารความแตกต่างอาจมีความเกี่ยวข้องในแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งช่วงเวลา โดยที่ความกว้างของช่วงเวลาจะถูกใช้เป็นค่าของ h
ผลหารความแตกต่างบางครั้งก็เรียกว่าผลหารของนิวตัน [ 10 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] (ตั้งชื่อตามไอแซค นิวตัน ) หรือผลหารความแตกต่างของแฟร์มาต์ (ตั้งชื่อตามปิแอร์ เดอ แฟร์มาต์ ) [ 15 ]
ภาพรวม แนวคิดทั่วไปของผลหารต่างที่กล่าวถึงข้างต้นเป็นกรณีเฉพาะของแนวคิดทั่วไปที่กว้างกว่านั้น เครื่องมือหลักของแคลคูลัส และคณิตศาสตร์ขั้นสูงอื่นๆ คือฟังก์ชัน "ค่าป้อนเข้า" ของมันคืออาร์กิวเมนต์ ซึ่งโดยปกติจะเป็นจุด ("P") ที่สามารถแสดงบนกราฟได้ ความแตกต่างระหว่างสองจุดนั้นเรียกว่าเดลต้า (ΔP ) เช่นเดียวกับความแตกต่างในผลลัพธ์ของฟังก์ชัน โดยสัญลักษณ์เฉพาะจะถูกกำหนดโดยทิศทางการสร้าง:
ผลต่างไปข้างหน้า: Δ F ( P ) = F ( P + Δ P ) − F ( P ); ความแตกต่างส่วนกลาง: δF(P) = F(P + 1 / 2 ΔP) − F(P − 1 / 2 ΔP ); ผลต่างย้อนกลับ: ∇F(P) = F(P) − F(P − ΔP) โดยทั่วไปแล้วจะนิยมวางแนวทางไปข้างหน้า เนื่องจาก F(P) เป็นฐาน ซึ่งความแตกต่าง (เช่น "ΔP") จะถูกเพิ่มเข้าไป นอกจากนี้
ถ้า |ΔP| มีค่าจำกัด (หมายความว่าสามารถวัดได้) แล้ว ΔF(P) จะเรียกว่าผลต่างจำกัด โดยมีสัญลักษณ์เฉพาะคือ DP และ DF(P) ถ้า |ΔP| มี ค่า เล็กน้อยมาก (ปริมาณที่เล็กอย่างไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งโดยปกติจะแสดงในการวิเคราะห์มาตรฐานในรูปของลิมิต: ) แล้ว ΔF(P) จะเรียกว่าผลต่างเล็กน้อยมาก โดยมีสัญลักษณ์เฉพาะคือ dP และ dF(P) (ในการเขียนกราฟแคลคูลัส จุดจะถูกระบุเกือบทั้งหมดเป็น "x" และ F(x) เป็น "y")ไอ {\displaystyle \iota } ลิม Δ พี → 0 {\displaystyle \lim _{\เดลต้า P\rightarrow 0}\,\!} ผลต่างของฟังก์ชันหารด้วยผลต่างของจุด เรียกว่า "ผลหารผลต่าง" (difference quotient):
Δ เอฟ ( พี ) Δ พี = เอฟ ( พี + Δ พี ) − เอฟ ( พี ) Δ พี = ∇ เอฟ ( พี + Δ พี ) Δ พี . {\displaystyle {\frac {\Delta F(P)}{\Delta P}}={\frac {F(P+\Delta P)-F(P)}{\Delta P}}={\frac {\nabla F(P+\Delta P)}{\Delta P}}.\,\!} ถ้า ΔP มีค่าเล็กน้อยมาก ผลหารต่างจะเป็นอนุพันธ์ มิฉะนั้นจะเป็น ผล หาร ต่าง
ถ้า | Δ พี | = ไอ : Δ เอฟ ( พี ) Δ พี = ง เอฟ ( พี ) ง พี = เอฟ ′ ( พี ) = จี ( พี ) ; ถ้า ΔP|=ΔP|: ΔF(P) = ΔP = ΔF(P) = ΔP = dF(P) = dP = F'(P) = G(P); ถ้า | Δ พี | > ไอ : Δ เอฟ ( พี ) Δ พี = ดี เอฟ ( พี ) ดี พี = เอฟ [ พี , พี + Δ พี ] . ถ้า ΔP|>ΔP: ΔF(P) = ΔP = DF(P) = DP = F[P,P+ΔP]
การกำหนดช่วงจุด ไม่ว่า ΔP จะมีค่าเล็กน้อยหรือมีค่าจำกัด ก็จะมีช่วงจุด (อย่างน้อยในกรณีของอนุพันธ์ ในทางทฤษฎี) ที่ขอบเขตคือ P ± (0.5) ΔP (ขึ้นอยู่กับทิศทาง—ΔF(P), δF(P) หรือ ∇F(P)):
LB = ขอบเขตล่าง; UB = ขอบเขตบน; อนุพันธ์สามารถมองได้ว่าเป็นฟังก์ชันในตัวเอง ซึ่งมีอนุพันธ์ของตัวเองอยู่ภายใน ดังนั้นแต่ละฟังก์ชันจึงมีระดับ ("ลำดับที่สูงกว่า") ของอนุพันธ์หรือการแยกความแตกต่าง คุณสมบัตินี้สามารถขยายไปสู่ผลหารความแตกต่างทั้งหมดได้ เนื่องจากลำดับนี้ต้องการการแบ่งขอบเขตที่สอดคล้องกัน จึงเป็นการเหมาะสมที่จะแบ่งช่วงจุดออกเป็นส่วนย่อยๆ ที่มีขนาดเท่ากัน โดยแต่ละส่วนจะถูกทำเครื่องหมายด้วยจุดกลาง ( P i ) โดยที่ LB = P 0 และ UB = P ń ซึ่งเป็น จุดที่ n เท่ากับระดับ/ลำดับ:
LB = P 0 = P 0 + 0Δ 1 P = P ń − (Ń-0)Δ 1 P; P 1 = P 0 + 1Δ 1 P = P ń − (Ń-1)Δ 1 P; P 2 = P 0 + 2Δ 1 P = P ń - (Ń-2) Δ 1 P; P 3 = P 0 + 3Δ 1 P = P ń - (Ń-3)Δ 1 P; ↓ ↓ ↓ ↓ P ń-3 = P 0 + (Ń-3)Δ 1 P = P ń - 3Δ 1 P; P ń-2 = P 0 + (Ń-2)Δ 1 P = P ń − 2Δ 1 P; P ń-1 = P 0 + (Ń-1)Δ 1 P = P ń − 1Δ 1 P; UB = P ń-0 = P 0 + (Ń-0)Δ 1 P = P ń − 0Δ 1 P = P ń ; ΔP = Δ 1 P = P 1 − P 0 = P 2 − P 1 = P 3 − P 2 = ... = P ń − P ń-1 ; ΔB = UB − LB = P ń − P 0 = Δ ń P = ŃΔ 1 P.
ผลหารความแตกต่างหลัก ( Ń = 1)Δ เอฟ ( พี 0 ) Δ พี = เอฟ ( พี n ´ ) − เอฟ ( พี 0 ) Δ n ´ พี = เอฟ ( พี 1 ) − เอฟ ( พี 0 ) Δ 1 พี = เอฟ ( พี 1 ) − เอฟ ( พี 0 ) พี 1 − พี 0 . {\displaystyle {\frac {\Delta F(P_{0})}{\Delta P}}={\frac {F(P_{\acute {n}})-F(P_{0})}{\Delta _{\acute {n}}P}}={\frac {F(P_{1})-F(P_{0})}{\Delta _{1}P}}={\frac {F(P_{1})-F(P_{0})}{P_{1}-P_{0}}}.\,\!}
ในฐานะอนุพันธ์ ผลหารความแตกต่างในฐานะอนุพันธ์ไม่จำเป็นต้องมีคำอธิบายเพิ่มเติม นอกเหนือจากการชี้ให้เห็นว่า เนื่องจาก P 0 โดยพื้นฐานแล้วเท่ากับ P 1 = P 2 = ... = P ń (เนื่องจากความแตกต่างมีค่าเล็กน้อยมาก) สัญกรณ์ของไลบ์นิซ และนิพจน์อนุพันธ์จึงไม่แยกความแตกต่างระหว่าง P กับ P 0 หรือ P ń : ง เอฟ ( พี ) ง พี = เอฟ ( พี 1 ) − เอฟ ( พี 0 ) ง พี = เอฟ ′ ( พี ) = จี ( พี ) . {\displaystyle {\frac {dF(P)}{dP}}={\frac {F(P_{1})-F(P_{0})}{dP}}=F'(P)=G(P).\,\!} ยังมีสัญลักษณ์อื่น ๆ ที่ได้มาจากคำ นี้ แต่สัญลักษณ์เหล่านี้เป็นสัญลักษณ์ที่ได้รับการยอมรับและเป็นมาตรฐานมากที่สุด
ผลต่างหาร อย่างไรก็ตาม ผลต่างหารจำเป็นต้องมีการอธิบายเพิ่มเติม เนื่องจากเท่ากับค่าเฉลี่ยของอนุพันธ์ระหว่าง LB และ UB: พี ( ที n ) = แอล บี + ที เอ็น − 1 ยู ที − 1 Δ บี = ยู บี − ยู ที − ที เอ็น ยู ที − 1 Δ บี ; . ( พี ( 1 ) = แอล บี , พี ( คุณ ที ) = ยู บี ) . เอฟ ′ ( พี เอ ~ ) = เอฟ ′ ( แอล บี < พี < ยู บี ) = ∑ ที เอ็น = 1 ยู ที = ∞ เอฟ ′ ( พี ( ที n ) ) ยู ที . {\displaystyle {\begin{aligned}P_{(tn)}&=LB+{\frac {TN-1}{UT-1}}\Delta B\ =UB-{\frac {UT-TN}{UT-1}}\Delta B;\\[10pt]&{}\qquad {\color {white}.}(P_{(1)}=LB,\ P_{(ut)}=UB){\color {white}.}\\[10pt]F'(P_{\tilde {a}})&=F'(LB<P<UB)=\sum _{TN=1}^{UT=\infty }{\frac {F'(P_{(tn)})}{UT}}.\end{aligned}}} ในการตีความนี้ Pã แทน ฟังก์ชันที่ดึงออกมา ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยของ P (ค่ากึ่งกลาง แต่โดยปกติจะไม่ใช่ค่ากึ่งกลางพอดี) โดยค่าที่ได้จะขึ้นอยู่กับฟังก์ชันที่นำมาหาค่าเฉลี่ย ในเชิงทฤษฎีแล้ว Pã พบ ได้ในทฤษฎีค่าเฉลี่ย ของแคลคูลัส ซึ่งกล่าวว่า: สำหรับฟังก์ชันใดๆ ที่ต่อเนื่องบนช่วง [LB,UB] และหาอนุพันธ์ได้บนช่วง (LB,UB) จะมี Pã บางค่าใน ช่วง (LB,UB) ซึ่งเส้นตัดที่เชื่อมจุดปลายของช่วง [LB,UB ] จะขนานกับเส้นสัมผัสที่Pã โดยพื้นฐานแล้ว Pã หมาย ถึงค่า P บางค่าระหว่าง LB และ UB—ดังนั้น พี เอ ~ := แอล บี < พี < ยู บี = พี 0 < พี < พี n ´ {\displaystyle P_{\tilde {a}}:=LB<P<UB=P_{0}<P<P_{\acute {n}}\,\!} ซึ่งเชื่อมโยงผลลัพธ์ค่าเฉลี่ยกับผลต่างที่หารแล้ว: ดี เอฟ ( พี 0 ) ดี พี = เอฟ [ พี 0 , พี 1 ] = เอฟ ( พี 1 ) − เอฟ ( พี 0 ) พี 1 − พี 0 = เอฟ ′ ( พี 0 < พี < พี 1 ) = ∑ ที เอ็น = 1 ยู ที = ∞ เอฟ ′ ( พี ( ที n ) ) ยู ที , = ดี เอฟ ( แอล บี ) ดี บี = Δ เอฟ ( แอล บี ) Δ บี = ∇ เอฟ ( ยู บี ) Δ บี , = เอฟ [ แอล บี , ยู บี ] = เอฟ ( ยู บี ) − เอฟ ( แอล บี ) ยู บี − แอล บี , = เอฟ ′ ( แอล บี < พี < ยู บี ) = จี ( แอล บี < พี < ยู บี ) . {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {DF(P_{0})}{DP}}&=F[P_{0},P_{1}]={\frac {F(P_{1})-F(P_{0})}{P_{1}-P_{0}}}=F'(P_{0}<P<P_{1})=\sum _{TN=1}^{UT=\infty }{\frac {F'(P_{(tn)})}{UT}},\\[8pt]&={\frac {DF(LB)}{DB}}={\frac {\Delta F(LB)}{\Delta B}}={\frac {\nabla F(UB)}{\Delta B}},\\[8pt]&=F[LB,UB]={\frac {F(UB)-F(LB)}{UB-LB}},\\[8pt]&=F'(LB<P<UB)=G(LB<P<UB).\end{aligned}}} เนื่องจากโดยนิยามแล้วมีความแตกต่างที่จับต้องได้ระหว่าง LB/P 0 และ UB/P ń ดังนั้นนิพจน์ของไลบ์นิซและอนุพันธ์จึง จำเป็นต้องมีการแยกตัวแปร ของอาร์กิวเมนต์ฟังก์ชัน
ผลหารความแตกต่างลำดับสูงกว่า
ลำดับที่สอง Δ 2 เอฟ ( พี 0 ) Δ 1 พี 2 = Δ เอฟ ′ ( พี 0 ) Δ 1 พี = Δ เอฟ ( พี 1 ) Δ 1 พี − Δ เอฟ ( พี 0 ) Δ 1 พี Δ 1 พี , = เอฟ ( พี 2 ) − เอฟ ( พี 1 ) Δ 1 พี − เอฟ ( พี 1 ) − เอฟ ( พี 0 ) Δ 1 พี Δ 1 พี , = เอฟ ( พี 2 ) − 2 เอฟ ( พี 1 ) + เอฟ ( พี 0 ) Δ 1 พี 2 ; {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\Delta ^{2}F(P_{0})}{\Delta _{1}P^{2}}}&={\frac {\Delta F'(P_{0})}{\Delta _{1}P}}={\frac {{\frac {\Delta F(P_{1})}{\Delta _{1}P}}-{\frac {\Delta F(P_{0})}{\Delta _{1}P}}}{\Delta _{1}P}},\\[10pt]&={\frac {{\frac {F(P_{2})-F(P_{1})}{\Delta _{1}P}}-{\frac {F(P_{1})-F(P_{0})}{\Delta _{1}P}}}{\Delta _{1}P}},\\[10pt]&={\frac {F(P_{2})-2F(P_{1})+F(P_{0})}{\Delta _{1}P^{2}}};\end{aligned}}} ง 2 เอฟ ( พี ) ง พี 2 = ง เอฟ ′ ( พี ) ง พี = เอฟ ′ ( พี 1 ) − เอฟ ′ ( พี 0 ) ง พี , = ง จี ( พี ) ง พี = จี ( พี 1 ) − จี ( พี 0 ) ง พี , = เอฟ ( พี 2 ) − 2 เอฟ ( พี 1 ) + เอฟ ( พี 0 ) ง พี 2 , = เอฟ " ( พี ) = จี ′ ( พี ) = ชม ( พี ) {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {d^{2}F(P)}{dP^{2}}}&={\frac {dF'(P)}{dP}}={\frac {F'(P_{1})-F'(P_{0})}{dP}},\\[10pt]&=\ {\frac {dG(P)}{dP}}={\frac {G(P_{1})-G(P_{0})}{dP}},\\[10pt]&={\frac {F(P_{2})-2F(P_{1})+F(P_{0})}{dP^{2}}},\\[10pt]&=F''(P)=G'(P)=H(P)\end{aligned}}} ดี 2 เอฟ ( พี 0 ) ดี พี 2 = ดี เอฟ ′ ( พี 0 ) ดี พี = เอฟ ′ ( พี 1 < พี < พี 2 ) − เอฟ ′ ( พี 0 < พี < พี 1 ) พี 1 − พี 0 , . ≠ เอฟ ′ ( พี 1 ) − เอฟ ′ ( พี 0 ) พี 1 − พี 0 , = เอฟ [ พี 0 , พี 1 , พี 2 ] = เอฟ ( พี 2 ) − 2 เอฟ ( พี 1 ) + เอฟ ( พี 0 ) ( พี 1 − พี 0 ) 2 , = เอฟ " ( พี 0 < พี < พี 2 ) = ∑ ที เอ็น = 1 ∞ เอฟ " ( พี ( ที n ) ) ยู ที , = จี ′ ( พี 0 < พี < พี 2 ) = ชม ( พี 0 < พี < พี 2 ) . {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {D^{2}F(P_{0})}{DP^{2}}}&={\frac {DF'(P_{0})}{DP}}={\frac {F'(P_{1}<P<P_{2})-F'(P_{0}<P<P_{1})}{P_{1}-P_{0}}},\\[10pt]&{\color {white}.}\qquad \neq {\frac {F'(P_{1})-F'(P_{0})}{P_{1}-P_{0}}},\\[10pt]&=F[P_{0},P_{1},P_{2}]={\frac {F(P_{2})-2F(P_{1})+F(P_{0})}{(P_{1}-P_{0})^{2}}},\\[10pt]&=F''(P_{0}<P<P_{2})=\sum _{TN=1}^{\infty }{\frac {F''(P_{(tn)})}{UT}},\\[10pt]&=G'(P_{0}<P<P_{2})=H(P_{0}<P<P_{2}).\end{aligned}}}
ลำดับที่สาม Δ 3 F ( P 0 ) Δ 1 P 3 = Δ 2 F ′ ( P 0 ) Δ 1 P 2 = Δ F ″ ( P 0 ) Δ 1 P = Δ F ′ ( P 1 ) Δ 1 P − Δ F ′ ( P 0 ) Δ 1 P Δ 1 P , = Δ F ( P 2 ) Δ 1 P − Δ F ′ ( P 1 ) Δ 1 P Δ 1 P − Δ F ′ ( P 1 ) Δ 1 P − Δ F ′ ( P 0 ) Δ 1 P Δ 1 P Δ 1 P , = F ( P 3 ) − 2 F ( P 2 ) + F ( P 1 ) Δ 1 P 2 − F ( P 2 ) − 2 F ( P 1 ) + F ( P 0 ) Δ 1 P 2 Δ 1 P , = F ( P 3 ) − 3 F ( P 2 ) + 3 F ( P 1 ) − F ( P 0 ) Δ 1 P 3 ; {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\Delta ^{3}F(P_{0})}{\Delta _{1}P^{3}}}&={\frac {\Delta ^{2}F'(P_{0})}{\Delta _{1}P^{2}}}={\frac {\Delta F''(P_{0})}{\Delta _{1}P}}={\frac {{\frac {\Delta F'(P_{1})}{\Delta _{1}P}}-{\frac {\Delta F'(P_{0})}{\Delta _{1}P}}}{\Delta _{1}P}},\\[10pt]&={\frac {{\frac {{\frac {\Delta F(P_{2})}{\Delta _{1}P}}-{\frac {\Delta F'(P_{1})}{\Delta _{1}P}}}{\Delta _{1}P}}-{\frac {{\frac {\Delta F'(P_{1})}{\Delta _{1}P}}-{\frac {\Delta F'(P_{0})}{\Delta _{1}P}}}{\Delta _{1}P}}}{\Delta _{1}P}},\\[10pt]&={\frac {{\frac {F(P_{3})-2F(P_{2})+F(P_{1})}{\Delta _{1}P^{2}}}-{\frac {F(P_{2})-2F(P_{1})+F(P_{0})}{\Delta _{1}P^{2}}}}{\Delta _{1}P}},\\[10pt]&={\frac {F(P_{3})-3F(P_{2})+3F(P_{1})-F(P_{0})}{\Delta _{1}P^{3}}};\end{aligned}}} d 3 F ( P ) d P 3 = d 2 F ′ ( P ) d P 2 = d F ″ ( P ) d P = F ″ ( P 1 ) − F ″ ( P 0 ) d P , = d 2 G ( P ) d P 2 = d G ′ ( P ) d P = G ′ ( P 1 ) − G ′ ( P 0 ) d P , . = d H ( P ) d P = H ( P 1 ) − H ( P 0 ) d P , = G ( P 2 ) − 2 G ( P 1 ) + G ( P 0 ) d P 2 , = F ( P 3 ) − 3 F ( P 2 ) + 3 F ( P 1 ) − F ( P 0 ) d P 3 , = F ‴ ( P ) = G ″ ( P ) = H ′ ( P ) = I ( P ) ; {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {d^{3}F(P)}{dP^{3}}}&={\frac {d^{2}F'(P)}{dP^{2}}}={\frac {dF''(P)}{dP}}={\frac {F''(P_{1})-F''(P_{0})}{dP}},\\[10pt]&={\frac {d^{2}G(P)}{dP^{2}}}\ ={\frac {dG'(P)}{dP}}\ ={\frac {G'(P_{1})-G'(P_{0})}{dP}},\\[10pt]&{\color {white}.}\qquad \qquad \ \ ={\frac {dH(P)}{dP}}\ ={\frac {H(P_{1})-H(P_{0})}{dP}},\\[10pt]&={\frac {G(P_{2})-2G(P_{1})+G(P_{0})}{dP^{2}}},\\[10pt]&={\frac {F(P_{3})-3F(P_{2})+3F(P_{1})-F(P_{0})}{dP^{3}}},\\[10pt]&=F'''(P)=G''(P)=H'(P)=I(P);\end{aligned}}} D 3 F ( P 0 ) D P 3 = D 2 F ′ ( P 0 ) D P 2 = D F ″ ( P 0 ) D P = F ″ ( P 1 < P < P 3 ) − F ″ ( P 0 < P < P 2 ) P 1 − P 0 , . ≠ F ″ ( P 1 ) − F ″ ( P 0 ) P 1 − P 0 , = F ′ ( P 2 < P < P 3 ) − F ′ ( P 1 < P < P 2 ) P 1 − P 0 − F ′ ( P 1 < P < P 2 ) − F ′ ( P 0 < P < P 1 ) P 1 − P 0 P 1 − P 0 , = F ′ ( P 2 < P < P 3 ) − 2 F ′ ( P 1 < P < P 2 ) + F ′ ( P 0 < P < P 1 ) ( P 1 − P 0 ) 2 , = F [ P 0 , P 1 , P 2 , P 3 ] = F ( P 3 ) − 3 F ( P 2 ) + 3 F ( P 1 ) − F ( P 0 ) ( P 1 − P 0 ) 3 , = F ‴ ( P 0 < P < P 3 ) = ∑ T N = 1 U T = ∞ F ‴ ( P ( t n ) ) U T , = G ″ ( P 0 < P < P 3 ) = H ′ ( P 0 < P < P 3 ) = I ( P 0 < P < P 3 ) . {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {D^{3}F(P_{0})}{DP^{3}}}&={\frac {D^{2}F'(P_{0})}{DP^{2}}}={\frac {DF''(P_{0})}{DP}}={\frac {F''(P_{1}<P<P_{3})-F''(P_{0}<P<P_{2})}{P_{1}-P_{0}}},\\[10pt]&{\color {white}.}\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \ \ \neq {\frac {F''(P_{1})-F''(P_{0})}{P_{1}-P_{0}}},\\[10pt]&={\frac {{\frac {F'(P_{2}<P<P_{3})-F'(P_{1}<P<P_{2})}{P_{1}-P_{0}}}-{\frac {F'(P_{1}<P<P_{2})-F'(P_{0}<P<P_{1})}{P_{1}-P_{0}}}}{P_{1}-P_{0}}},\\[10pt]&={\frac {F'(P_{2}<P<P_{3})-2F'(P_{1}<P<P_{2})+F'(P_{0}<P<P_{1})}{(P_{1}-P_{0})^{2}}},\\[10pt]&=F[P_{0},P_{1},P_{2},P_{3}]={\frac {F(P_{3})-3F(P_{2})+3F(P_{1})-F(P_{0})}{(P_{1}-P_{0})^{3}}},\\[10pt]&=F'''(P_{0}<P<P_{3})=\sum _{TN=1}^{UT=\infty }{\frac {F'''(P_{(tn)})}{UT}},\\[10pt]&=G''(P_{0}<P<P_{3})\ =H'(P_{0}<P<P_{3})=I(P_{0}<P<P_{3}).\end{aligned}}}
ลำดับที่N Δ n ´ F ( P 0 ) = F ( n ´ − 1 ) ( P 1 ) − F ( n ´ − 1 ) ( P 0 ) , = F ( n ´ − 2 ) ( P 2 ) − F ( n ´ − 2 ) ( P 1 ) Δ 1 P − F ( n ´ − 2 ) ( P 1 ) − F ( n ´ − 2 ) ( P 0 ) Δ 1 P , = F ( n ´ − 3 ) ( P 3 ) − F ( n ´ − 3 ) ( P 2 ) Δ 1 P − F ( n ´ − 3 ) ( P 2 ) − F ( n ´ − 3 ) ( P 1 ) Δ 1 P Δ 1 P . − F ( n ´ − 3 ) ( P 2 ) − F ( n ´ − 3 ) ( P 1 ) Δ 1 P − F ( n ´ − 3 ) ( P 1 ) − F ( n ´ − 3 ) ( P 0 ) Δ 1 P Δ 1 P , = ⋯ {\displaystyle {\begin{aligned}\Delta ^{\acute {n}}F(P_{0})&=F^{({\acute {n}}-1)}(P_{1})-F^{({\acute {n}}-1)}(P_{0}),\\[10pt]&={\frac {F^{({\acute {n}}-2)}(P_{2})-F^{({\acute {n}}-2)}(P_{1})}{\Delta _{1}P}}-{\frac {F^{({\acute {n}}-2)}(P_{1})-F^{({\acute {n}}-2)}(P_{0})}{\Delta _{1}P}},\\[10pt]&={\frac {{\frac {F^{({\acute {n}}-3)}(P_{3})-F^{({\acute {n}}-3)}(P_{2})}{\Delta _{1}P}}-{\frac {F^{({\acute {n}}-3)}(P_{2})-F^{({\acute {n}}-3)}(P_{1})}{\Delta _{1}P}}}{\Delta _{1}P}}\\[10pt]&{\color {white}.}\qquad -{\frac {{\frac {F^{({\acute {n}}-3)}(P_{2})-F^{({\acute {n}}-3)}(P_{1})}{\Delta _{1}P}}-{\frac {F^{({\acute {n}}-3)}(P_{1})-F^{({\acute {n}}-3)}(P_{0})}{\Delta _{1}P}}}{\Delta _{1}P}},\\[10pt]&=\cdots \end{aligned}}} Δ n ´ F ( P 0 ) Δ 1 P n ´ = ∑ I = 0 N ´ ( − 1 N ´ − I ) ( N ´ I ) F ( P 0 + I Δ 1 P ) Δ 1 P n ´ ; ∇ n ´ F ( P n ´ ) Δ 1 P n ´ = ∑ I = 0 N ´ ( − 1 I ) ( N ´ I ) F ( P n ´ − I Δ 1 P ) Δ 1 P n ´ ; {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\Delta ^{\acute {n}}F(P_{0})}{\Delta _{1}P^{\acute {n}}}}&={\frac {\sum _{I=0}^{\acute {N}}{-1 \choose {\acute {N}}-I}{{\acute {N}} \choose I}F(P_{0}+I\Delta _{1}P)}{\Delta _{1}P^{\acute {n}}}};\\[10pt]&{\frac {\nabla ^{\acute {n}}F(P_{\acute {n}})}{\Delta _{1}P^{\acute {n}}}}\\[10pt]&={\frac {\sum _{I=0}^{\acute {N}}{-1 \choose I}{{\acute {N}} \choose I}F(P_{\acute {n}}-I\Delta _{1}P)}{\Delta _{1}P^{\acute {n}}}};\end{aligned}}} d n ´ F ( P 0 ) d P n ´ = d n ´ − 1 F ′ ( P 0 ) d P n ´ − 1 = d n ´ − 2 F ″ ( P 0 ) d P n ´ − 2 = d n ´ − 3 F ‴ ( P 0 ) d P n ´ − 3 = ⋯ = d n ´ − r F ( r ) ( P 0 ) d P n ´ − r , = d n ´ − 1 G ( P 0 ) d P n ´ − 1 = d n ´ − 2 G ′ ( P 0 ) d P n ´ − 2 = d n ´ − 3 G ″ ( P 0 ) d P n ´ − 3 = ⋯ = d n ´ − r G ( r − 1 ) ( P 0 ) d P n ´ − r , . = d n ´ − 2 H ( P 0 ) d P n ´ − 2 = d n ´ − 3 H ′ ( P 0 ) d P n ´ − 3 = ⋯ = d n ´ − r H ( r − 2 ) ( P 0 ) d P n ´ − r , . = d n ´ − 3 I ( P 0 ) d P n ´ − 3 = ⋯ = d n ´ − r I ( r − 3 ) ( P 0 ) d P n ´ − r , = F ( n ´ ) ( P ) = G ( n ´ − 1 ) ( P ) = H ( n ´ − 2 ) ( P ) = I ( n ´ − 3 ) ( P ) = ⋯ {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {d^{\acute {n}}F(P_{0})}{dP^{\acute {n}}}}&={\frac {d^{{\acute {n}}-1}F'(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-1}}}={\frac {d^{{\acute {n}}-2}F''(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-2}}}={\frac {d^{{\acute {n}}-3}F'''(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-3}}}=\cdots ={\frac {d^{{\acute {n}}-r}F^{(r)}(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-r}}},\\[10pt]&={\frac {d^{{\acute {n}}-1}G(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-1}}}\\[10pt]&={\frac {d^{{\acute {n}}-2}G'(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-2}}}=\ {\frac {d^{{\acute {n}}-3}G''(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-3}}}=\cdots ={\frac {d^{{\acute {n}}-r}G^{(r-1)}(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-r}}},\\[10pt]&{\color {white}.}\qquad \qquad \qquad ={\frac {d^{{\acute {n}}-2}H(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-2}}}=\ {\frac {d^{{\acute {n}}-3}H'(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-3}}}=\cdots ={\frac {d^{{\acute {n}}-r}H^{(r-2)}(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-r}}},\\&{\color {white}.}\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \ =\ {\frac {d^{{\acute {n}}-3}I(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-3}}}=\cdots ={\frac {d^{{\acute {n}}-r}I^{(r-3)}(P_{0})}{dP^{{\acute {n}}-r}}},\\[10pt]&=F^{({\acute {n}})}(P)=G^{({\acute {n}}-1)}(P)=H^{({\acute {n}}-2)}(P)=I^{({\acute {n}}-3)}(P)=\cdots \end{aligned}}} D n ´ F ( P 0 ) D P n ´ = F [ P 0 , P 1 , P 2 , P 3 , … , P n ´ − 3 , P n ´ − 2 , P n ´ − 1 , P n ´ ] , = F ( n ´ ) ( P 0 < P < P n ´ ) = ∑ T N = 1 U T = ∞ F ( n ´ ) ( P ( t n ) ) U T = F ( n ´ ) ( L B < P < U B ) = G ( n ´ − 1 ) ( L B < P < U B ) = ⋯ {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {D^{\acute {n}}F(P_{0})}{DP^{\acute {n}}}}&=F[P_{0},P_{1},P_{2},P_{3},\ldots ,P_{{\acute {n}}-3},P_{{\acute {n}}-2},P_{{\acute {n}}-1},P_{\acute {n}}],\\[10pt]&=F^{({\acute {n}})}(P_{0}<P<P_{\acute {n}})=\sum _{TN=1}^{UT=\infty }{\frac {F^{({\acute {n}})}(P_{(tn)})}{UT}}\\[10pt]&=F^{({\acute {n}})}(LB<P<UB)=G^{({\acute {n}}-1)}(LB<P<UB)=\cdots \end{aligned}}}
การใช้ผลต่างหาร การประยุกต์ใช้ที่สำคัญที่สุดของผลต่างหารคือการนำเสนออินทิกรัลจำกัด ซึ่งก็คือผลต่างจำกัดนั่นเอง:
∫ L B U B G ( p ) d p = ∫ L B U B F ′ ( p ) d p = F ( U B ) − F ( L B ) , = F [ L B , U B ] Δ B , = F ′ ( L B < P < U B ) Δ B , = G ( L B < P < U B ) Δ B . {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{LB}^{UB}G(p)\,dp&=\int _{LB}^{UB}F'(p)\,dp=F(UB)-F(LB),\\[10pt]&=F[LB,UB]\Delta B,\\[10pt]&=F'(LB<P<UB)\Delta B,\\[10pt]&=\ G(LB<P<UB)\Delta B.\end{aligned}}} เนื่องจากรูปแบบการแสดงค่าเฉลี่ยและอนุพันธ์ให้ข้อมูลทั้งหมดเหมือนกับสัญลักษณ์อินทิกรัลแบบคลาสสิก รูปแบบค่าเฉลี่ยจึงอาจเป็นรูปแบบที่เหมาะสมกว่า เช่น ในสถานที่เขียนที่รองรับ/ยอมรับเฉพาะ ข้อความ ASCII มาตรฐาน หรือในกรณีที่ต้องการเพียงค่าเฉลี่ยของอนุพันธ์ (เช่น เมื่อหาค่าเฉลี่ยรัศมีในอินทิกรัลเชิงวงรี ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอินทิกรัลจำกัดที่มีขอบเขตเป็น (เช่น) 0 และ หรือโดยจะได้ผลต่างหารที่เหมือนกันกับกรณีที่มีขอบเขตเป็น 0 และ(จึงใช้ความพยายามในการหาค่าเฉลี่ยน้อยกว่า) π {\displaystyle \pi \,\!} 2 π {\displaystyle 2\pi \,\!} π 2 {\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {\pi }{2}}\end{matrix}}}
∫ 0 2 π F ′ ( p ) d p = 4 ∫ 0 π 2 F ′ ( p ) d p = F ( 2 π ) − F ( 0 ) = 4 ( F ( π 2 ) − F ( 0 ) ) , = 2 π F [ 0 , 2 π ] = 2 π F ′ ( 0 < P < 2 π ) , = 2 π F [ 0 , π 2 ] = 2 π F ′ ( 0 < P < π 2 ) . {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{0}^{2\pi }F'(p)\,dp&=4\int _{0}^{\frac {\pi }{2}}F'(p)\,dp=F(2\pi )-F(0)=4(F({\begin{matrix}{\frac {\pi }{2}}\end{matrix}})-F(0)),\\[10pt]&=2\pi F[0,2\pi ]=2\pi F'(0<P<2\pi ),\\[10pt]&=2\pi F[0,{\begin{matrix}{\frac {\pi }{2}}\end{matrix}}]=2\pi F'(0<P<{\begin{matrix}{\frac {\pi }{2}}\end{matrix}}).\end{aligned}}} วิธีนี้จะมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อต้องจัดการกับ อินทิก รัล ซ้ำ และอินทิกรัลหลายตัว (ΔA = AU − AL, ΔB = BU − BL, ΔC = CU − CL):
∫ C L C U ∫ B L B U ∫ A L A U F ′ ( r , q , p ) d p d q d r = ∑ T C = 1 U C = ∞ ( ∑ T B = 1 U B = ∞ ( ∑ T A = 1 U A = ∞ F ′ ( R ( t c ) : Q ( t b ) : P ( t a ) ) Δ A U A ) Δ B U B ) Δ C U C , = F ′ ( C L < R < C U : B L < Q < B U : A L < P < A U ) Δ A Δ B Δ C . {\displaystyle {\begin{aligned}&{}\qquad \int _{CL}^{CU}\int _{BL}^{BU}\int _{AL}^{AU}F'(r,q,p)\,dp\,dq\,dr\\[10pt]&=\sum _{T\!C=1}^{U\!C=\infty }\left(\sum _{T\!B=1}^{U\!B=\infty }\left(\sum _{T\!A=1}^{U\!A=\infty }F^{'}(R_{(tc)}:Q_{(tb)}:P_{(ta)}){\frac {\Delta A}{U\!A}}\right){\frac {\Delta B}{U\!B}}\right){\frac {\Delta C}{U\!C}},\\[10pt]&=F'(C\!L<R<CU:BL<Q<BU:AL<P<\!AU)\Delta A\,\Delta B\,\Delta C.\end{aligned}}} เพราะฉะนั้น,
F ′ ( R , Q : A L < P < A U ) = ∑ T A = 1 U A = ∞ F ′ ( R , Q : P ( t a ) ) U A ; {\displaystyle F'(R,Q:AL<P<AU)=\sum _{T\!A=1}^{U\!A=\infty }{\frac {F'(R,Q:P_{(ta)})}{U\!A}};\,\!} และ
F ′ ( R : B L < Q < B U : A L < P < A U ) = ∑ T B = 1 U B = ∞ ( ∑ T A = 1 U A = ∞ F ′ ( R : Q ( t b ) : P ( t a ) ) U A ) 1 U B . {\displaystyle F'(R:BL<Q<BU:AL<P<AU)=\sum _{T\!B=1}^{U\!B=\infty }\left(\sum _{T\!A=1}^{U\!A=\infty }{\frac {F'(R:Q_{(tb)}:P_{(ta)})}{U\!A}}\right){\frac {1}{U\!B}}.\,\!}
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก วิทยาลัยเซนต์วินเซนต์: ภราดาเดวิด คาร์ลสัน, OSB— MA109 อัตราส่วนความแตกต่าง (The Difference Quotient) เก็บถาวรเมื่อ 12 กันยายน 2005 ที่Wayback Machine มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม: เดิร์ก เฮอร์มันส์ — ความแตกต่างที่แบ่งแยก แมธเวิลด์: ผลต่างที่หารแล้ว ทฤษฎีค่าเฉลี่ย มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน: โทมัส ดับเบิลยู. เรปส์ และ หลุยส์ บี. รอลล์ — การหาผลต่างหารเชิงคำนวณและเลขคณิตผลต่างหาร โปรแกรมจำลองแบบโต้ตอบเกี่ยวกับผลหารส่วนต่างเพื่ออธิบายอนุพันธ์