Jump to content

Коэффициент разницы

с одной переменной В исчислении обычно коэффициент разности является названием выражения

которое при доведении до предела , когда h дает производную функции приближается к 0 , f . [1] [2] [3] [4] Название выражения связано с тем, что оно представляет собой значений функции частное разности на разность соответствующих значений ее аргумента (последний в данном случае равен ( x + h ) - x = h ). [5] [6] Коэффициент разности является мерой средней скорости изменения функции на интервале (в данном случае интервале длины h ). [7] [8] : 237  [9] Таким образом, пределом разностного коэффициента (т. е. производной) является мгновенная скорость изменения. [9]

Небольшим изменением обозначений (и точки зрения) для интервала [ a , b ] коэффициент разности

называется [5] среднее (или среднее) значение производной f на интервале [ a , b ]. Это название оправдано теоремой о среднем значении , которая утверждает, что для дифференцируемой функции f ее производная f ' достигает своего среднего значения в некоторой точке интервала. [5] Геометрически этот разностный коэффициент измеряет наклон секущей линии, проходящей через точки с координатами ( a , f ( a )) и ( b , f ( b )). [10]

Коэффициенты разности используются в качестве приближений при численном дифференцировании . [8] но они также подверглись критике в этом заявлении. [11]

Коэффициенты разности также могут найти применение в приложениях, связанных с дискретизацией по времени , где ширина временного шага используется для значения h.

Коэффициент разности иногда также называют коэффициентом Ньютона. [10] [12] [13] [14] (по Исааку Ньютону ) или разностный коэффициент Ферма (по Пьеру де Ферма ). [15]

Обзор [ править ]

Типичное понятие разностного коэффициента, обсуждавшееся выше, является частным случаем более общего понятия. Основным средством исчисления и другой высшей математики является функция . Его «входное значение» — это его аргумент , обычно точка («P»), выражаемая на графике. Разница между двумя точками сама по себе известна как их дельта P ), как и разница в результате их функции, причем конкретное обозначение определяется направлением формирования:

  • Разница вперед: Δ F ( P ) = F ( P + Δ P ) - F ( P );
  • Центральная разность: δF(P) = F(P + 1/2 P ΔP) − F( 1/2 ΔP ; )
  • Обратная разность: ∇F(P) = F(P) − F(P − ΔP).

Общим предпочтением является ориентация вперед, поскольку F(P) является базой, к которой добавляются различия (т. е. «ΔP»). Более того,

  • Если |ΔP| конечен ( то есть измерим), то ΔF(P) известен как конечная разность со специальными обозначениями DP и DF(P);
  • Если |ΔP| ( бесконечно мала бесконечно малая величина — — обычно выражается в стандартном анализе как предел: ), то ΔF(P) известен как бесконечно малая разность с конкретными обозначениями dP и dF(P) (в графическом исчислении точка почти всегда обозначается как «x», а F(x) как «y»).

Разница функций, деленная на разницу в баллах, называется «коэффициентом разницы»:

Если ΔP бесконечно мало, то фактор разности является производной , в противном случае это разделенная разность :

Определение диапазона точек [ править ]

Независимо от того, бесконечно мала или конечна ΔP, существует (по крайней мере — в случае производной — теоретически) область точек, границами которой являются P ± (0,5) ΔP (в зависимости от ориентации — ΔF(P), δF( P) или ∇F(P)):

LB = нижняя граница; UB = верхняя граница;

Производные можно рассматривать как сами функции, содержащие свои собственные производные. Таким образом, каждая функция является домом для последовательных степеней («высших порядков») вывода или дифференцирования . Это свойство можно обобщить на все разностные коэффициенты.
Поскольку эта последовательность требует соответствующего разделения границ, практично разбить диапазон точек на более мелкие секции одинакового размера, причем каждая секция отмечается промежуточной точкой ( P i ), где LB = P 0 и UB = P ń , n -я точка, равная степени/порядку:

  LB =  P0  = P0 + 0Δ1P     = Pń − (Ń-0)Δ1P;
        P1  = P0 + 1Δ1P     = Pń − (Ń-1)Δ1P;
        P2  = P0 + 2Δ1P     = Pń − (Ń-2)Δ1P;
        P3  = P0 + 3Δ1P     = Pń − (Ń-3)Δ1P;
            ↓      ↓        ↓       ↓
       Pń-3 = P0 + (Ń-3)Δ1P = Pń − 3Δ1P;
       Pń-2 = P0 + (Ń-2)Δ1P = Pń − 2Δ1P;
       Pń-1 = P0 + (Ń-1)Δ1P = Pń − 1Δ1P;
  UB = Pń-0 = P0 + (Ń-0)Δ1P = Pń − 0Δ1P = Pń;
  ΔP = Δ1P = P1 − P0 = P2 − P1 = P3 − P2 = ... = Pń − Pń-1;
  ΔB = UB − LB = Pń − P0 = ΔńP = ŃΔ1P.

Коэффициент первичной разности ( Ń = 1) [ править ]

Как производное [ править ]

Коэффициент разности как производная не нуждается в объяснении, кроме указания на то, что, поскольку P 0 по существу равно P 1 = P 2 = ... = P ń (поскольку разности бесконечно малы), обозначения Лейбница и выражения производных не различать P от P 0 или P ń :

Существуют и другие производные обозначения , но это наиболее признанные, стандартные обозначения.

Как разделенная разница [ править ]

Однако разделенная разница требует дальнейшего пояснения, поскольку она равна средней производной между LB и UB, включая их:
В этой интерпретации P ã представляет собой извлеченную функцию, среднее значение P (среднее значение, но обычно не совсем середину), конкретную оценку, зависящую от функции, из которой оно усредняется. Более формально, P ã находится в среднем значении , которая гласит: теореме исчисления о
Для любой функции, непрерывной на [LB,UB] и дифференцируемой на (LB,UB), существует некоторая P ã в интервале (LB,UB) такая, что секущая, соединяющая концы интервала [LB,UB], параллельна к касательной в P ã .
По сути, P ã обозначает некоторое значение P между LB и UB, следовательно,
который связывает результат среднего значения с разделенной разностью:
Поскольку по самому определению существует ощутимая разница между LB/P 0 и UB/P ń , выражения Лейбница и производные действительно требуют дивариации аргумента функции.

порядка разности высшего Коэффициенты

Второй заказ [ править ]

Третий порядок [ править ]

N- й порядок [ править ]

Применение разделенной разницы [ править ]

Квинтэссенция применения разделенной разности заключается в представлении определенного интеграла, который представляет собой не что иное, как конечную разность:

Учитывая, что форма выражения среднего значения и производной предоставляет всю ту же информацию, что и классическое интегральное обозначение, форма среднего значения может быть предпочтительным выражением, например, в письменных местах, которые поддерживают/принимают только стандартный текст ASCII , или в тех случаях, когда только требуется средняя производная (например, при нахождении среднего радиуса в эллиптическом интеграле). Это особенно верно для определенных интегралов, которые технически имеют (например) 0 и либо или в качестве границ, с той же разделенной разностью, что и для границ 0 и (таким образом, требуется меньше усилий по усреднению):

Это также становится особенно полезным при работе с повторными и кратными целыми s (ΔA = AU – AL, ΔB = BU – BL, ΔC = CU – CL):

Следовательно,

и

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Питер Д. Лакс; Мария Ши Террелл (2013). Исчисление с приложениями . Спрингер. п. 119. ИСБН  978-1-4614-7946-8 .
  2. ^ Ширли О. Хокетт; Дэвид Бок (2005). Бэррон «Как подготовиться к расчету AP» . Образовательная серия Бэррона. п. 44 . ISBN  978-0-7641-2382-5 .
  3. ^ Марк Райан (2010). Основы исчисления для чайников . Джон Уайли и сыновья. стр. 41–47. ISBN  978-0-470-64269-6 .
  4. ^ Карла Нил; Р. Густавсон; Джефф Хьюз (2012). Предварительный расчет . Cengage Обучение. п. 133. ИСБН  978-0-495-82662-0 .
  5. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Майкл Коменец (2002). Исчисление: Элементы . Всемирная научная. стр. 71–76 и 151–161. ISBN  978-981-02-4904-5 .
  6. ^ Мориц Паш (2010). Очерки оснований математики Морица Паша . Спрингер. стр. 157. ИСБН  978-90-481-9416-2 .
  7. ^ Фрэнк К. Уилсон; Скотт Адамсон (2008). Прикладное исчисление . Cengage Обучение. п. 177. ИСБН  978-0-618-61104-1 .
  8. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Тамара Лефкур Руби; Джеймс Селлерс; Лиза Корф; Джереми Ван Хорн; Майк Манн (2014). Каплан А. П. Исчисление AB и BC 2015 . Каплан Паблишинг. п. 299. ИСБН  978-1-61865-686-5 .
  9. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Томас Хангерфорд; Дуглас Шоу (2008). Современный предисчисление: графический подход . Cengage Обучение. стр. 211–212. ISBN  978-0-495-10833-7 .
  10. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Стивен Г. Кранц (2014). Основы анализа . ЦРК Пресс. п. 127. ИСБН  978-1-4822-2075-9 .
  11. ^ Андреас Гриванк; Андреа Вальтер (2008). Оценка производных: принципы и методы алгоритмического дифференцирования, второе издание . СИАМ. стр. 2–. ISBN  978-0-89871-659-7 .
  12. ^ Серж Ланг (1968). Анализ 1 . Издательство Аддисон-Уэсли. п. 56 .
  13. ^ Брайан Д. Хан (1994). Фортран 90 для ученых и инженеров . Эльзевир. п. 276. ИСБН  978-0-340-60034-4 .
  14. ^ Кристофер Клэпхэм; Джеймс Николсон (2009). Краткий Оксфордский математический словарь . Издательство Оксфордского университета. п. 313 . ISBN  978-0-19-157976-9 .
  15. ^ Дональд К. Бенсон, Более гладкий камешек: математические исследования , Oxford University Press, 2003, стр. 176.

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 420a9501c80f47b090dd2b130fb30452__1716903960
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/42/52/420a9501c80f47b090dd2b130fb30452.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Difference quotient - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)