حاصل قسمة الفرق

في حساب التفاضل والتكامل لمتغير واحد ، يُطلق عادةً اسم " حاصل القسمة التفاضلي" على هذا التعبير.

و(x+ح)-و(x)ح{\displaystyle {\frac {f(x+h)-f(x)}{h}}}

عند أخذ هذه النهاية عندما يقترب h من الصفر ، نحصل على مشتقة الدالة f . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] يُشتق اسم هذا التعبير من كونه ناتج قسمة الفرق بين قيم الدالة على الفرق بين القيم المناظرة لمتغيرها (وهو ( x + h ) - x = h في هذه الحالة). [ 5 ] [ 6 ] يُعد ناتج قسمة الفرق مقياسًا لمعدل التغير المتوسط ​​للدالة على فترة زمنية (في هذه الحالة، فترة طولها h ). [ 7 ] [ 8 ] : 237 [ 9 ] وبالتالي، فإن نهاية ناتج قسمة الفرق (أي المشتقة) هي معدل التغير اللحظي . [ 9 ]

بتغيير طفيف في الترميز (ووجهة النظر)، بالنسبة لفترة [ a , b ]، فإن حاصل قسمة الفرق

و(ب)-و(أ)ب-أ{\displaystyle {\frac {f(b)-f(a)}{ba}}}

يُطلق على [ 5 ] متوسط ​​قيمة مشتقة الدالة f على الفترة [ a , b ]. ويُبرر هذا الاسم بنظرية القيمة المتوسطة ، التي تنص على أنه بالنسبة لدالة قابلة للتفاضل f ، فإن مشتقتها f تصل إلى قيمتها المتوسطة عند نقطة ما في الفترة. [ 5 ] هندسيًا، يقيس هذا الناتج التفاضلي ميل الخط القاطع المار بالنقطتين ذواتي الإحداثيات ( a , f ( a )) و( b , f ( b )). [ 10 ]

تُستخدم فروق القسمة كتقريبات في التفاضل العددي ، [ 8 ] ولكنها كانت أيضًا موضع انتقاد في هذا التطبيق. [ 11 ]

قد تجد نسب الفرق أيضًا أهمية في التطبيقات التي تتضمن تجزئة الوقت ، حيث يتم استخدام عرض خطوة الوقت لقيمة h.

يُطلق على حاصل القسمة التفاضلية أحيانًا اسم حاصل قسمة نيوتن [ 10 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] (نسبةً إلى إسحاق نيوتن ) أو حاصل قسمة فيرما التفاضلية (نسبةً إلى بيير دي فيرما ). [ 15 ]

ملخص

إن المفهوم الشائع لفرق القسمة المذكور أعلاه هو حالة خاصة من مفهوم أعمّ. والأداة الأساسية في حساب التفاضل والتكامل والرياضيات المتقدمة الأخرى هي الدالة . و"قيمة الإدخال" لها هي وسيطها ، وعادةً ما تكون نقطة ("P") يمكن تمثيلها بيانيًا. ويُعرف الفرق بين نقطتين بحد ذاتهما باسم دلتا (ΔP ) ، وكذلك الفرق في ناتج دالتهما، ويُحدد الترميز الخاص بذلك بناءً على اتجاه التكوين.

  • الفرق الأمامي: Δ F ( P ) = F ( P + Δ P ) − F ( P );
  • الفرق المركزي: δF(P) = F(P + 1 / 2 ΔP ) F(P − 1 / 2 ΔP ) ؛
  • الفرق العكسي: ∇F(P) = F(P) − F(P − ΔP).

يُفضّل عموماً التوجه الأمامي، حيث أن F(P) هي الأساس الذي تُضاف إليه الفروق (أي "ΔP"). علاوة على ذلك،

  • إذا كانت |ΔP| محدودة (بمعنى قابلة للقياس)، فإن ΔF(P) تُعرف باسم الفرق المحدود ، مع دلالات محددة لـ DP و DF(P)؛
  • إذا كانت قيمة |ΔP| متناهية الصغر (كمية صغيرة للغاية—أنا{\displaystyle \iota }—عادة ما يتم التعبير عنها في التحليل القياسي على شكل حد:ليمΔP0{\displaystyle \lim _{\Delta P\rightarrow 0}\,\!}), ثم يُعرف ΔF(P) باسم الفرق المتناهي الصغر ، مع دلالات محددة لـ dP و dF(P) (في رسم التفاضل والتكامل، يتم تحديد النقطة بشكل حصري تقريبًا على أنها "x" و F(x) على أنها "y").

يُعرف الفرق بين الدالتين مقسومًا على الفرق بين نقطتين باسم "حاصل القسمة التفاضلية":

ΔF(P)ΔP=F(P+ΔP)-F(P)ΔP=F(P+ΔP)ΔP.{\displaystyle {\frac {\Delta F(P)}{\Delta P}}= {\frac {F(P+\Delta P)-F(P)}{\Delta P}}={\frac {\nabla F(P+\Delta P)}{\Delta P}}.\,\!}

إذا كان ΔP متناهي الصغر، فإن حاصل قسمة الفرق يكون مشتقة ، وإلا فهو فرق مقسوم :

لو |ΔP|=أنا:ΔF(P)ΔP=دF(P)دP=F(P)=جي(P)؛إذا كان |ΔP| = π: ΔF(P)/ΔP = dF(P)/dP = F'(P) = G(P)؛
لو |ΔP|>أنا:ΔF(P)ΔP=دF(P)دP=F[P،P+ΔP].إذا كان |ΔP| > π: ΔF(P)/ΔP = DF(P)/DP = F[P, P + ΔP].

تحديد نطاق النقاط

بغض النظر عما إذا كانت ΔP متناهية الصغر أو محدودة، فهناك (على الأقل - في حالة المشتقة - نظريًا) نطاق نقطي، حيث تكون الحدود P  ±  (0.5)  ΔP (اعتمادًا على الاتجاه - ΔF(P) أو δF(P) أو ∇F(P)):

LB = الحد السفلي؛ UB = الحد العلوي؛

يمكن اعتبار المشتقات دوالًا بحد ذاتها، إذ تحتوي على مشتقاتها الخاصة. وبالتالي، فإن كل دالة تضم درجات متسلسلة ("رتب أعلى") من الاشتقاق أو التفاضل . ويمكن تعميم هذه الخاصية على جميع فروق القسمة. ولأن هذا التسلسل يتطلب تقسيمًا حدوديًا مماثلًا، فمن العملي تقسيم نطاق النقاط إلى أقسام أصغر متساوية الحجم، مع تمييز كل قسم بنقطة وسيطة ( P <sub>i </sub> )، حيث LB = P<sub> 0 </sub> وUB = P <sub>ń</sub> ، وهي النقطة رقم n ، والتي تساوي الدرجة/الرتبة.

 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.

حاصل القسمة التفاضلي الأساسي ( Ń = 1)

ΔF(P0)ΔP=F(Pن´)-F(P0)Δن´P=F(P1)-F(P0)Δ1P=F(P1)-F(P0)P1-P0.{\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}}}.\,\!}

كمشتق

لا يحتاج حاصل القسمة التفاضلي كمشتق إلى شرح، باستثناء الإشارة إلى أنه بما أن P 0 يساوي أساسًا P 1 = P 2 = ... = P ń (لأن الفروق متناهية الصغر)، فإن تدوين لايبنتز وتعبيرات المشتقات لا تميز بين P و P 0 أو P ń :
دF(P)دP=F(P1)-F(P0)دP=F(P)=جي(P).{\displaystyle {\frac {dF(P)}{dP}}={\frac {F(P_{1})-F(P_{0})}{dP}}=F'(P)=G(P).\,\!}

توجد رموز مشتقة أخرى ، لكن هذه هي التسميات الأكثر شهرة ومعايير.

كفرق مقسم

ومع ذلك، فإن الفرق المقسم يتطلب مزيدًا من التوضيح، لأنه يساوي متوسط ​​المشتق بين LB و UB بما في ذلك:
P(تن)=لب+تيشمال-1يوتي-1Δب =يوب-يوتي-تيشماليوتي-1Δب؛.(P(1)=لب، P(uت)=يوب).F(Pأ~)=F(لب<P<يوب)=تيشمال=1يوتي=F(P(تن))يوتي.{\displaystyle {\begin{align}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 {أبيض}.}\\[10pt]F'(P_{\tilde {a}})&=F'(LB<P<UB)=\sum _{TN=1}^{UT=\infty }{\frac {F'(P_{(tn)})}{UT}}.\end{محاذاة}}}
في هذا التفسير، يُمثل P ã دالة مُستخرجة، وهي القيمة المتوسطة لـ P (المدى المتوسط، ولكن عادةً ليس نقطة المنتصف تمامًا)، وتعتمد القيمة المحددة على الدالة التي يُستخرج منها المتوسط. وبشكل أكثر دقة، يُوجد P ã في نظرية القيمة المتوسطة في حساب التفاضل والتكامل، والتي تنص على ما يلي:
بالنسبة لأي دالة متصلة على [LB,UB] وقابلة للتفاضل على (LB,UB) يوجد بعض P ã في الفترة (LB,UB) بحيث يكون القاطع الذي يصل بين نهايتي الفترة [LB,UB] موازياً للمماس عند P ã .
باختصار، يشير P ã إلى قيمة ما لـ P تقع بين LB و UB، ومن ثم
Pأ~:=لب<P<يوب=P0<P<Pن´{\displaystyle P_{\tilde {a}}:=LB<P<UB=P_{0}<P<P_{\acute {n}}\,\!}
والذي يربط نتيجة القيمة المتوسطة بالفرق المقسم:
دF(P0)دP=F[P0،P1]=F(P1)-F(P0)P1-P0=F(P0<P<P1)=تيشمال=1يوتي=F(P(تن))يوتي،=دF(لب)دب=ΔF(لب)Δب=F(يوب)Δب،=F[لب،يوب]=F(يوب)-F(لب)يوب-لب،=F(لب<P<يوب)=جي(لب<P<يوب).{\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}}}
وبما أن هناك، بحكم تعريفها، فرقًا ملموسًا بين LB/P 0 و UB/P ń ، فإن تعبيرات لايبنيز والمشتقات تتطلب تجزئة وسيط الدالة.

نسب الفرق من الرتبة العليا

الطلب الثاني

Δ2F(P0)Δ1P2=ΔF(P0)Δ1P=ΔF(P1)Δ1P-ΔF(P0)Δ1PΔ1P،=F(P2)-F(P1)Δ1P-F(P1)-F(P0)Δ1PΔ1P،=F(P2)-2F(P1)+F(P0)Δ1P2؛\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 ΔP² = {\frac{F(P₂)-2F(P₁)+F(P₀)}{\Delta₁P²}}};\end{aligned}}}
د2F(P)دP2=دF(P)دP=F(P1)-F(P0)دP،= دجي(P)دP=جي(P1)-جي(P0)دP،=F(P2)-2F(P1)+F(P0)دP2،=F"(P)=جي(P)=ح(P){\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}}}
د2F(P0)دP2=دF(P0)دP=F(P1<P<P2)-F(P0<P<P1)P1-P0،.F(P1)-F(P0)P1-P0،=F[P0،P1،P2]=F(P2)-2F(P1)+F(P0)(P1-P0)2،=F"(P0<P<P2)=تيشمال=1F"(P(تن))يوتي،=جي(P0<P<P2)=ح(P0<P<P2).{\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}}}

الدرجة الثالثة

Δ3F(P0)Δ1P3=Δ2F(P0)Δ1P2=ΔF"(P0)Δ1P=ΔF(P1)Δ1P-ΔF(P0)Δ1PΔ1P،=ΔF(P2)Δ1P-ΔF(P1)Δ1PΔ1P-ΔF(P1)Δ1P-ΔF(P0)Δ1PΔ1PΔ1P،=F(P3)-2F(P2)+F(P1)Δ1P2-F(P2)-2F(P1)+F(P0)Δ1P2Δ1P،=F(P3)-3F(P2)+3F(P1)-F(P0)Δ1P3؛{\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}}}
د3F(P)دP3=د2F(P)دP2=دF"(P)دP=F"(P1)-F"(P0)دP،=د2جي(P)دP2 =دجي(P)دP =جي(P1)-جي(P0)دP،.  =دح(P)دP =ح(P1)-ح(P0)دP،=جي(P2)-2جي(P1)+جي(P0)دP2،=F(P3)-3F(P2)+3F(P1)-F(P0)دP3،=F(P)=جي"(P)=ح(P)=أنا(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}}}
د3F(P0)دP3=د2F(P0)دP2=دF"(P0)دP=F"(P1<P<P3)-F"(P0<P<P2)P1-P0،.  F"(P1)-F"(P0)P1-P0،=F(P2<P<P3)-F(P1<P<P2)P1-P0-F(P1<P<P2)-F(P0<P<P1)P1-P0P1-P0،=F(P2<P<P3)-2F(P1<P<P2)+F(P0<P<P1)(P1-P0)2،=F[P0،P1،P2،P3]=F(P3)-3F(P2)+3F(P1)-F(P0)(P1-P0)3،=F(P0<P<P3)=تيشمال=1يوتي=F(P(تن))يوتي،=جي"(P0<P<P3) =ح(P0<P<P3)=أنا(P0<P<P3).{\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}}}

الرتبة N

Δن´F(P0)=F(ن´-1)(P1)-F(ن´-1)(P0)،=F(ن´-2)(P2)-F(ن´-2)(P1)Δ1P-F(ن´-2)(P1)-F(ن´-2)(P0)Δ1P،=F(ن´-3)(P3)-F(ن´-3)(P2)Δ1P-F(ن´-3)(P2)-F(ن´-3)(P1)Δ1PΔ1P.-F(ن´-3)(P2)-F(ن´-3)(P1)Δ1P-F(ن´-3)(P1)-F(ن´-3)(P0)Δ1PΔ1P،={\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}}}
Δن´F(P0)Δ1Pن´=أنا=0شمال´(-1شمال´-أنا)(شمال´أنا)F(P0+أناΔ1P)Δ1Pن´؛ن´F(Pن´)Δ1Pن´=أنا=0شمال´(-1أنا)(شمال´أنا)F(Pن´-أناΔ1P)Δ1Pن´؛{\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}}}
دن´F(P0)دPن´=دن´-1F(P0)دPن´-1=دن´-2F"(P0)دPن´-2=دن´-3F(P0)دPن´-3==دن´-رF(ر)(P0)دPن´-ر،=دن´-1جي(P0)دPن´-1=دن´-2جي(P0)دPن´-2= دن´-3جي"(P0)دPن´-3==دن´-رجي(ر-1)(P0)دPن´-ر،.=دن´-2ح(P0)دPن´-2= دن´-3ح(P0)دPن´-3==دن´-رح(ر-2)(P0)دPن´-ر،. = دن´-3أنا(P0)دPن´-3==دن´-رأنا(ر-3)(P0)دPن´-ر،=F(ن´)(P)=جي(ن´-1)(P)=ح(ن´-2)(P)=أنا(ن´-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}}}
دن´F(P0)دPن´=F[P0،P1،P2،P3،...،Pن´-3،Pن´-2،Pن´-1،Pن´]،=F(ن´)(P0<P<Pن´)=تيشمال=1يوتي=F(ن´)(P(تن))يوتي=F(ن´)(لب<P<يوب)=جي(ن´-1)(لب<P<يوب)={\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}}}

تطبيق الفرق المقسم

يتمثل التطبيق الأساسي للفرق المقسم في عرض التكامل المحدد، والذي ليس أكثر من فرق محدود:

لبيوبجي(ص)دص=لبيوبF(ص)دص=F(يوب)-F(لب)،=F[لب،يوب]Δب،=F(لب<P<يوب)Δب،= جي(لب<P<يوب)Δب.{\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}}}

بما أن صيغة التعبير عن المشتقة المتوسطة توفر جميع المعلومات نفسها التي توفرها الصيغة التكاملية الكلاسيكية، فقد تكون صيغة القيمة المتوسطة هي الصيغة المفضلة، كما هو الحال في الكتابة في بيئات تدعم/تقبل فقط نص ASCII القياسي ، أو في الحالات التي تتطلب فقط المشتقة المتوسطة (مثل إيجاد نصف القطر المتوسط ​​في التكامل الإهليلجي ). وينطبق هذا بشكل خاص على التكاملات المحددة التي لها من الناحية الفنية (على سبيل المثال) صفر وπ{\displaystyle \pi \,\!}أو2π{\displaystyle 2\pi \,\!}كحدود، مع نفس الفرق المقسم الذي تم العثور عليه مع حدود 0 وπ2{\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {\pi }{2}}\end{matrix}}}(وبالتالي يتطلب ذلك جهدًا أقل في حساب المتوسط):

02πF(ص)دص=40π2F(ص)دص=F(2π)-F(0)=4(F(π2)-F(0))،=2πF[0،2π]=2πF(0<P<2π)،=2πF[0،π2]=2πF(0<P<π2).{\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}}}

يصبح هذا مفيدًا بشكل خاص عند التعامل مع التكاملات المتكررة والمتعددة (ΔA = AU − AL, ΔB = BU − BL, ΔC = CU − CL) :

جلجيوبلبيوألأيوF(ر،q،ص)دصدqدر=تيج=1يوج=(تيب=1يوب=(تيأ=1يوأ=F(R(تج):سؤال(تب):P(تأ))Δأيوأ)Δبيوب)Δجيوج،=F(جل<R<جيو:بل<سؤال<بيو:أل<P<أيو)ΔأΔبΔج.{\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}}}

لذلك،

F(R،سؤال:أل<P<أيو)=تيأ=1يوأ=F(R،سؤال:P(تأ))يوأ؛{\displaystyle F'(R,Q:AL<P<AU)=\sum _{T\!A=1}^{U\!A=\infty }{\frac {F'(R,Q:P_{(ta)})}{U\!A}};\,\!}

و

F(R:بل<سؤال<بيو:أل<P<أيو)=تيب=1يوب=(تيأ=1يوأ=F(R:سؤال(تب):P(تأ))يوأ)1يوب.{\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}}.\,\!}

انظر أيضاً

مراجع

  1. بيتر د. لاكس؛ ماريا شيا تيريل (2013). حساب التفاضل والتكامل مع التطبيقات . سبرينغر. ص  119. ISBN 978-1-4614-7946-8.
  2. شيرلي أو. هوكيت؛ ديفيد بوك (2005). بارونز : كيف تستعد لامتحان حساب التفاضل والتكامل المتقدم . سلسلة بارونز التعليمية. ص 44. ISBN  978-0-7641-2382-5.
  3. مارك رايان (2010). أساسيات حساب التفاضل والتكامل للمبتدئين . جون وايلي وأولاده. الصفحات 41-47 . ISBN  978-0-470-64269-6.
  4. كارلا نيل؛ ر. غوستافسون؛ جيف هيوز (2012). حساب التفاضل والتكامل التمهيدي . سينغيج ليرنينج. ص 133. ISBN  978-0-495-82662-0.
  5. 1 2 3 مايكل كومينتز (2002). حساب التفاضل والتكامل: العناصر . وورلد ساينتيفيك. الصفحات 71-76 و151-161. ISBN  978-981-02-4904-5.
  6. ^ موريتز باش (2010). مقالات عن أسس الرياضيات بقلم موريتز باش . سبرينغر. ص. 157. ردمك  978-90-481-9416-2.
  7. فرانك سي. ويلسون؛ سكوت أدامسون (2008). حساب التفاضل والتكامل التطبيقي . سينجايج ليرنينج. ص 177. ISBN  978-0-618-61104-1.
  8. 1 2 تامارا ليفكورت روبي؛ جيمس سيلرز؛ ليزا كورف؛ جيريمي فان هورن؛ مايك مون (2014). كابلان AP حساب التفاضل والتكامل AB وBC 2015. دار نشر كابلان. ص 299. ISBN  978-1-61865-686-5.
  9. 1 2 توماس هانغرفورد؛ دوغلاس شو (2008). حساب التفاضل والتكامل المعاصر: منهج بياني . سينغيج ليرنينج. ص 211-212 . ISBN  978-0-495-10833-7.
  10. 1 2 ستيفن ج. كرانز (2014). أسس التحليل . مطبعة سي آر سي. ص 127. ISBN  978-1-4822-2075-9.
  11. أندرياس غريوانك؛ أندريا والثر (2008). تقييم المشتقات: مبادئ وتقنيات التفاضل الخوارزمي، الطبعة الثانية . SIAM. ص 2–. ISBN  978-0-89871-659-7.
  12. سيرج لانغ (1968). التحليل 1. شركة أديسون-ويسلي للنشر. ص 56 . 
  13. برايان د. هان (1994). فورتران 90 للعلماء والمهندسين . إلسيفير. ص 276. ISBN  978-0-340-60034-4.
  14. ↑ كريستوفر كلافام ؛ جيمس نيكلسون (2009). قاموس أكسفورد الموجز للرياضيات . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 313. ISBN  978-0-19-157976-9.
  15. دونالد سي. بنسون، حصاة أكثر نعومة: استكشافات رياضية ، مطبعة جامعة أكسفورد، 2003، ص 176.