กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

ความสามารถในการหาอนุพันธ์แบบกึ่ง

ใน แคลคูลัส แนวคิดเรื่อง ความสามารถในการหาอนุพันธ์ด้านเดียว และ ความสามารถในการหาอนุพันธ์กึ่งด้าน ของ ฟังก์ชัน ค่า จริง f ของตัวแปรจริงนั้นอ่อนกว่า ความสามารถในการหาอนุพันธ์...

ความสามารถในการหาอนุพันธ์แบบกึ่ง

ในแคลคูลัสแนวคิดเรื่องความสามารถในการหาอนุพันธ์ด้านเดียวและความสามารถในการหาอนุพันธ์กึ่งด้านของฟังก์ชันค่าจริงfของตัวแปรจริงนั้นอ่อนกว่าความสามารถในการหาอนุพันธ์โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฟังก์ชันfกล่าวได้ว่าสามารถหาอนุพันธ์ด้านขวาได้ที่จุดaถ้าโดยคร่าวๆ แล้วอนุพันธ์ สามารถนิยามได้ว่าเป็นการ เคลื่อน ตัวแปร xของฟังก์ชัน จากทางขวาไปยังจุด aและกล่าวได้ว่าสามารถหาอนุพันธ์ด้านซ้าย ได้ ที่ จุด aถ้าอนุพันธ์สามารถนิยามได้ว่าเป็นการเคลื่อน ตัวแปร xจากทางซ้าย ไปยัง จุด a

กรณีหนึ่งมิติ

ฟังก์ชันนี้ไม่มีอนุพันธ์ที่จุดที่ระบุ เนื่องจากฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องที่จุดนั้น อย่างไรก็ตาม ฟังก์ชันนี้มีอนุพันธ์ด้านขวาที่ทุกจุด โดยมีค่าเท่ากับ 0 เสมอ

ในทางคณิตศาสตร์อนุพันธ์ซ้ายและอนุพันธ์ขวาคืออนุพันธ์ (อัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชัน) ที่กำหนดขึ้นสำหรับการเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวเท่านั้น (ซ้ายหรือขวา กล่าวคือ ไปยังค่าที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่า) โดยตัวแปรของฟังก์ชัน

คำจำกัดความ

ให้fแทนฟังก์ชันค่าจริงที่กำหนดบนเซตย่อยIของจำนวนจริง

ถ้าa  ∈  Iเป็นจุดลิมิตของI  ∩  [ a ,∞)และลิมิตด้านเดียว

ถ้า f เป็นจำนวนจริงแสดง ว่า f สามารถหา อนุพันธ์ขวาได้ที่จุด aและลิมิต+ f ( a ) เรียกว่าอนุพันธ์ขวาของfที่จุด a

ถ้าa  ∈  Iเป็นจุดลิมิตของI  ∩  (–∞, a ]และลิมิตด้านเดียว

ถ้า f เป็นจำนวนจริงแสดง ว่า f สามารถหา อนุพันธ์ซ้ายได้ที่จุด aและลิมิตf ( a ) เรียกว่าอนุพันธ์ซ้ายของfที่จุด a

ถ้าa  ∈  Iเป็นจุดลิมิตของI  ∩  [ a ,∞)และI  ∩  (–∞, a ]และถ้าfสามารถหาอนุพันธ์ได้ทั้งซ้ายและขวาที่aแล้วfจะเรียกว่า สามารถหาอนุพันธ์ ได้ บางส่วนที่a

ถ้าอนุพันธ์ด้านซ้ายและด้านขวาเท่ากัน อนุพันธ์เหล่านั้นจะมีค่าเท่ากับอนุพันธ์ปกติ ("แบบสองทิศทาง") นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดอนุพันธ์สมมาตร ได้ ซึ่งเท่ากับค่าเฉลี่ยเลขคณิตของอนุพันธ์ด้านซ้ายและด้านขวา (เมื่อทั้งสองมีอยู่) ดังนั้นอนุพันธ์สมมาตรอาจมีอยู่เมื่ออนุพันธ์ปกติไม่มีอยู่[ 1 ]

ข้อสังเกตและตัวอย่าง

  • ฟังก์ชันจะหาอนุพันธ์ได้ที่จุดภายในaของโดเมนก็ต่อเมื่อฟังก์ชันนั้นสามารถหาอนุพันธ์กึ่งได้ที่จุดaและอนุพันธ์ด้านซ้ายเท่ากับอนุพันธ์ด้านขวา
  • ตัวอย่างของฟังก์ชันกึ่งอนุพันธ์ ซึ่งไม่ใช่ฟังก์ชันอนุพันธ์โดยตรง คือฟังก์ชันค่าสัมบูรณ์ที่a  = 0 เราหาค่านี้ได้ง่ายๆ
  • ถ้าฟังก์ชันสามารถหาอนุพันธ์กึ่งได้ที่จุดaแสดงว่าฟังก์ชันนั้นต่อเนื่องที่จุด aด้วย
  • ฟังก์ชันตัวบ่งชี้ 1 [0,∞)สามารถหาอนุพันธ์ขวาได้ที่ทุกค่าจริงaแต่ไม่ต่อเนื่องที่ศูนย์ (โปรดทราบว่าฟังก์ชันตัวบ่งชี้นี้ไม่สามารถหาอนุพันธ์ซ้ายได้ที่ศูนย์)

แอปพลิเคชัน

ถ้าฟังก์ชันf ซึ่งเป็นฟังก์ชันค่าจริงที่หาอนุพันธ์ได้ และกำหนดบนช่วงIบนเส้นจำนวนจริง มีอนุพันธ์เป็นศูนย์ทุกจุด ฟังก์ชันนั้นจะเป็นฟังก์ชันคงที่ ดังที่แสดงให้เห็นจากการประยุกต์ใช้ทฤษฎีบทค่าเฉลี่ย ข้อสมมติเรื่องความสามารถในการหาอนุพันธ์สามารถลดทอนลงเหลือเพียงความต่อเนื่องและความสามารถในการหาอนุพันธ์ด้านเดียวของfได้ เวอร์ชันสำหรับฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ทางขวาได้แสดงไว้ด้านล่าง ส่วนเวอร์ชันสำหรับฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ทางซ้ายได้นั้นก็คล้ายคลึงกัน

ทฤษฎีบทให้f เป็น ฟังก์ชันค่าจริง ต่อเนื่อง ซึ่งกำหนดบนช่วงI ใดๆ บนเส้นจำนวนจริง ถ้าfสามารถหาอนุพันธ์ด้านขวาได้ที่ทุกจุดa  ∈  Iซึ่งไม่ใช่ค่าสูงสุดของช่วง และถ้าอนุพันธ์ด้านขวานี้เป็นศูนย์เสมอ แล้วfจะเป็นฟังก์ชันคงที่

การพิสูจน์

สำหรับการพิสูจน์โดยการขัดแย้งสมมติว่ามีa  <  bในIที่ทำให้f ( a ) ≠ f ( b )แล้ว

กำหนดให้cเป็นค่าต่ำสุด ของค่า xทั้งหมดในช่วง( a , b ]ซึ่งผลหารต่างของf มีค่า มากกว่าεในค่าสัมบูรณ์ กล่าวคือ

เนื่องจากความต่อเนื่องของfจึงสรุปได้ว่าc  <  bและ | f ( c ) – f ( a ) | = ε ( c  – a )ที่cอนุพันธ์ด้านขวาของfเป็นศูนย์ตามสมมติฐาน ดังนั้นจึงมีdในช่วง( c , b ]ที่| f ( x ) – f ( c ) | ≤ ε ( x  – c )สำหรับทุกxในช่วง( c , d ]ดังนั้นโดยอสมการ สามเหลี่ยม

สำหรับx ทั้งหมด ใน[ c , d )ซึ่งขัดแย้งกับนิยามของ c

ตัวดำเนินการเชิงอนุพันธ์ที่กระทำไปทางซ้ายหรือทางขวา

อีกหนึ่งการใช้งานทั่วไปคือการอธิบายอนุพันธ์ที่ถือเป็นตัวดำเนินการไบนารีในสัญกรณ์อินฟิกซ์ซึ่งอนุพันธ์จะถูกนำไปใช้กับตัวถูกดำเนินการ ด้านซ้ายหรือด้านขวา วิธีนี้มีประโยชน์ เช่น เมื่อกำหนดรูปแบบทั่วไปของวงเล็บปัวซงสำหรับฟังก์ชัน f และ g อนุพันธ์ด้านซ้ายและด้านขวาจะถูกกำหนดดังนี้ตามลำดับ

ในสัญกรณ์ bra–ketตัวดำเนินการอนุพันธ์สามารถกระทำกับตัวถูกดำเนินการทางขวาเป็นอนุพันธ์ปกติหรือทางซ้ายเป็นอนุพันธ์ลบได้[ 2 ]

กรณีมิติสูงกว่า

นิยามข้างต้นสามารถขยายไปสู่ฟังก์ชันค่าจริงfที่กำหนดบนเซตย่อยของR n ได้ โดยใช้อนุพันธ์ทิศทางใน รูปแบบที่อ่อนกว่า ให้aเป็นจุดภายในของโดเมนของfแล้วfเรียกว่ากึ่งอนุพันธ์ได้ที่จุดaถ้าสำหรับทุกทิศทางu  ∈  R nลิมิตของ f = 0

มีอยู่จริงใน รูป ของจำนวนจริง โดยที่h  ∈  R

ดังนั้น ความสามารถในการหาอนุพันธ์แบบกึ่งจึงอ่อนกว่าความสามารถในการหาอนุพันธ์แบบ Gateauxซึ่งในลิมิตข้างต้นh  → 0 นั้นไม่จำเป็นต้องจำกัดhให้เป็นค่าบวกเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันสามารถหาอนุพันธ์กึ่งได้ที่แต่ไม่ใช่อนุพันธ์เกตโตซ์ที่จุดนั้น อันที่จริง ด้วย

(โปรดทราบว่าการสรุปทั่วไปนี้ไม่เทียบเท่ากับนิยามเดิมสำหรับn = 1เนื่องจากแนวคิดของจุดลิมิตด้านเดียวถูกแทนที่ด้วยแนวคิดที่แข็งแกร่งกว่าของจุดภายใน)

คุณสมบัติ

  • ฟังก์ชันนูนใดๆบนเซตย่อยเปิด นูน ของR nนั้นเป็นฟังก์ชันกึ่งอนุพันธ์
  • ในขณะที่ฟังก์ชันกึ่งอนุพันธ์ทุกฟังก์ชันของตัวแปรเดียวมีความต่อเนื่อง แต่สำหรับตัวแปรหลายตัวนั้น ข้อนี้จะไม่เป็นจริงอีกต่อไป

การสรุปทั่วไป

แทนที่จะใช้ฟังก์ชันค่าจริง เราอาจพิจารณาฟังก์ชันที่รับค่าในR nหรือในปริภูมิบานาคก็ได้

ดูเพิ่มเติม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Semi-differentiability&oldid=1354702840 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ความสามารถในการหาอนุพันธ์แบบกึ่ง

ใน แคลคูลัส แนวคิดเรื่อง ความสามารถในการหาอนุพันธ์ด้านเดียว และ ความสามารถในการหาอนุพันธ์กึ่งด้าน ของ ฟังก์ชัน ค่า จริง f ของตัวแปรจริงนั้นอ่อนกว่า ความสามารถในการหาอนุพันธ์...

กรณีหนึ่งมิติ

ใน ทางคณิตศาสตร์ อนุพันธ์ ซ้าย และ อนุพันธ์ขวา คือ อนุพันธ์ (อัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชัน) ที่กำหนดขึ้นสำหรับการเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวเท่านั้น (ซ้ายหรือขวา กล่าวคือ ไปยังค่าที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่า) โดยตัวแปรของฟังก์ชัน

คำจำกัดความ

ให้ f แทนฟังก์ชันค่าจริงที่กำหนดบนเซตย่อย I ของจำนวนจริง

ข้อสังเกตและตัวอย่าง

ฟังก์ชันจะ หาอนุพันธ์ได้ ที่ จุดภายใน a ของ โดเมน ก็ต่อเมื่อฟังก์ชันนั้นสามารถหาอนุพันธ์กึ่งได้ที่จุด a และอนุพันธ์ด้านซ้ายเท่ากับอนุพันธ์ด้านขวา ตัวอย่างของฟังก์ชันกึ่งอนุพันธ์ ซึ่งไม่ใช่ฟังก์ชันอนุพันธ์โดยตรง คือฟังก์ชัน ค่าสัมบูรณ์ ที่ a = 0...