概要 上で述べた差分商の典型的な概念は、より一般的な概念の特殊なケースです。微積分 やその他の高等数学の主要な手段は関数 です。その「入力値」は引数で あり、通常はグラフ上に表現できる点(「P」)です。2つの点の差は、それらのデルタ (ΔP ) として知られており、関数の結果の差も同様です。具体的な表記は、生成の方向によって決まります。
前方差分: Δ F ( P ) = F ( P + Δ P ) − F ( P ); 中心差分: δF ( P ) = F(P + 1/2 ΔP ) − F (P − 1/2 ΔP ) ;後方差分:∇F(P) = F(P) − F(P − ΔP)。 一般的には順方向が好まれ、F(P)がベースであり、これに差分(つまり「ΔP」)が加算されます。さらに、
|ΔP|が有限(つまり測定可能)である場合、ΔF(P)は 有限差分 として知られ、DPおよびDF(P)という特定の表記法が用いられます。 |ΔP|が無限小 (無限に小さい量)である場合、私 {\displaystyle \iota } —通常、標準的な解析では極限として表現される。リム Δ P → 0 {\displaystyle \lim _{\Delta P\rightarrow 0}\,\!} ) の場合、ΔF(P) は微小差 として知られ、dP および dF(P) という特定の表記があります (微積分グラフでは、点はほぼ例外なく「x」、F(x) は「y」として識別されます)。 関数の差を点の差で割った値を「差の商」と呼ぶ。
Δ F ( P ) Δ P = F ( P + Δ P ) − F ( P ) Δ P = ∇ F ( P + Δ P ) Δ P 。 {\displaystyle {\frac {\Delta F(P)}{\Delta P}}={\frac {F(P+\Delta P)-F(P)}{\Delta P}}={\frac {\nabla F(P+\Delta P)}{\Delta P}}.\,\!} ΔPが無限小の場合、差分商は導関数 であり、そうでない場合は分割差分 である。
もし | Δ P | = 私 : Δ F ( P ) Δ P = d F ( P ) d P = F ′ ( P ) = G ( P ) ; {\displaystyle {\text{もし }}|\Delta P|={\mathit {\iota }}ならば:\quad {\frac {\Delta F(P)}{\Delta P}}={\frac {dF(P)}{dP}}=F'(P)=G(P);\,\!} もし | Δ P | > 私 : Δ F ( P ) Δ P = D F ( P ) D P = F [ P 、 P + Δ P ] 。 {\displaystyle {\text{もし }}|\Delta P|>{\mathit {\iota }}ならば:\frac {\Delta F(P)}{\Delta P}}={\frac {DF(P)}{DP}}=F[P,P+\Delta P].\,\!}
ポイント範囲を定義する ΔPが無限小であろうと有限であろうと、(少なくとも導関数の場合には理論的には)境界がP ± (0.5) ΔP(向きに応じてΔF(P)、δF(P)または∇F(P))となる点範囲が存在する。
LB = 下限境界; UB = 上限境界; 導関数はそれ自体が関数とみなすことができ、導関数自体も導関数を持つ。したがって、各関数は、導関数または微分化 の連続した次数(「高階」)を持つ。この性質は、すべての差分商に一般化できる。 この順序付けには対応する境界の分割が必要となるため、点の範囲をより小さな等サイズのセクションに分割するのが実用的である。各セクションは中間点(P i )で区切られ、LB = P 0 、UB = P ń (n 番目の点)は次数/階数に等しい。
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。
基本差分商(Ń = 1)Δ F ( P 0 ) Δ P = F ( P n ´ ) − F ( P 0 ) Δ n ´ P = F ( P 1 ) − F ( P 0 ) Δ 1 P = F ( P 1 ) − F ( P 0 ) P 1 − P 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}}}.\,\!}
派生商品として 差分商を導関数として表す場合、P 0 は 本質的に P 1 = P 2 = ... = P ń に等しい(差分は無限小であるため)ため、ライプニッツの記法と導関数表現では P と P 0 または P ń を区別しないことを指摘する以外に説明は不要です。 d F ( P ) d P = F ( P 1 ) − F ( P 0 ) d P = F ′ ( P ) = G ( P ) 。 {\displaystyle {\frac {dF(P)}{dP}}={\frac {F(P_{1})-F(P_{0})}{dP}}=F'(P)=G(P).\,\!} 他にも派生表記法 はありますが、これらは最も広く認知されている標準的な表記法です。
分割された差として しかし、分割差は、LBとUBの間(両区間を含む)の平均導関数に等しいため、さらに詳しく説明する必要がある。 P ( t n ) = L B + T N − 1 U T − 1 Δ B = U B − U T − T N U T − 1 Δ B ; 。 ( P ( 1 ) = L B 、 P ( u t ) = U B ) 。 F ′ ( P 1 ~ ) = F ′ ( L B < P < U B ) = ∑ T N = 1 U T = ∞ F ′ ( P ( t n ) ) U T 。 {\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 {白}.}\\[10pt]F'(P_{\チルダ {a}})&=F'(LB<P<UB)=\sum _{TN=1}^{UT=\infty }{\frac {F'(P_{(tn)})}{UT}}.\end{aligned}}} この解釈では、Pãは 抽出された関数、つまり P の平均値 (中間値、ただし通常は厳密には中間値ではない) を表し、その具体的な値は、平均化元の関数によって決まります。より厳密には、Pãは微積分学の 平均値の定理 に見られ、それは次のように表されます。 [LB,UB]上で連続で(LB,UB)上で微分可能な任意の関数に対して、区間(LB,UB)内に、区間[LB,UB]の両端を結ぶ割線がPã における接線と平行になるようなPãが存在する 。 本質的に、Pãは LBとUBの間のPの値を表します。したがって、 P 1 ~ := L B < P < U B = P 0 < P < P n ´ {\displaystyle P_{\tilde {a}}:=LB<P<UB=P_{0}<P<P_{\acute {n}}\,\!} これは、平均値の結果と差分を関連付けるものです。 D F ( P 0 ) D P = F [ P 0 、 P 1 ] = F ( P 1 ) − F ( P 0 ) P 1 − P 0 = F ′ ( P 0 < P < P 1 ) = ∑ T N = 1 U T = ∞ F ′ ( P ( t n ) ) U T 、 = D F ( L B ) D B = Δ F ( L B ) Δ B = ∇ F ( U B ) Δ B 、 = F [ L B 、 U B ] = F ( U B ) − F ( L B ) U B − L B 、 = F ′ ( L B < P < U B ) = G ( L B < P < U B ) 。 {\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}}} 定義上、LB/P 0 と UB/P ń の間には明確な違いがあるため、ライプニッツ式と導関数式では関数引数の分岐 が必要になります。
高次の差分商
2次 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 、 = F ( P 2 ) − F ( P 1 ) Δ 1 P − F ( P 1 ) − F ( P 0 ) Δ 1 P Δ 1 P 、 = F ( P 2 ) − 2 F ( P 1 ) + F ( P 0 ) Δ 1 P 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}}} d 2 F ( P ) d P 2 = d F ′ ( P ) d P = F ′ ( P 1 ) − F ′ ( P 0 ) d P 、 = d G ( P ) d P = G ( P 1 ) − G ( P 0 ) d P 、 = F ( P 2 ) − 2 F ( P 1 ) + F ( P 0 ) d P 2 、 = F 」 ( P ) = G ′ ( P ) = H ( 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}}} D 2 F ( P 0 ) D P 2 = D F ′ ( P 0 ) D P = F ′ ( P 1 < P < P 2 ) − F ′ ( P 0 < P < P 1 ) P 1 − P 0 、 。 ≠ F ′ ( P 1 ) − F ′ ( P 0 ) P 1 − P 0 、 = F [ P 0 、 P 1 、 P 2 ] = F ( P 2 ) − 2 F ( P 1 ) + F ( P 0 ) ( P 1 − P 0 ) 2 、 = F 」 ( P 0 < P < P 2 ) = ∑ T N = 1 ∞ F 」 ( P ( t n ) ) U T 、 = G ′ ( P 0 < P < P 2 ) = H ( P 0 < P < P 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}}}
第三次 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 ) = 私 ( 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 ) = 私 ( 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}}}
N 次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 ´ = ∑ 私 = 0 N ´ ( − 1 N ´ − 私 ) ( N ´ 私 ) F ( P 0 + 私 Δ 1 P ) Δ 1 P n ´ ; ∇ n ´ F ( P n ´ ) Δ 1 P n ´ = ∑ 私 = 0 N ´ ( − 1 私 ) ( N ´ 私 ) F ( P n ´ − 私 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 私 ( P 0 ) d P n ´ − 3 = ⋯ = d n ´ − r 私 ( r − 3 ) ( P 0 ) d P n ´ − r 、 = F ( n ´ ) ( P ) = G ( n ´ − 1 ) ( P ) = H ( n ´ − 2 ) ( P ) = 私 ( 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}}}
分割差を適用する 分割差分法の最も典型的な応用例は定積分を表すことであり、これは有限差分に他ならない。
∫ 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}}} 平均値、導関数表現形式は、古典的な積分表記と同じ情報をすべて提供するため、平均値形式が好ましい表現となる場合があります。例えば、標準ASCIIテキストのみをサポート/受け入れる記述環境や、平均導関数のみが必要な場合( 楕円積分 で平均半径を求める場合など)などです。これは、技術的には0と、またはπ {\displaystyle \pi \,\!} または2 π {\displaystyle 2\pi \,\!} 境界として、0 と の境界の場合と同じ分割差が見つかりましたπ 2 {\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {\pi }{2}}\end{matrix}}} (したがって、平均化の手間が少なくて済む):
∫ 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}}} これは、反復積分 や多重積分 ( ΔA = AU − AL、ΔB = BU − BL、ΔC = CU − CL)を扱う場合にも特に役立ちます。
∫ 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 1 ) ) 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}}} したがって、
F ′ ( R 、 Q : A L < P < A U ) = ∑ T A = 1 U A = ∞ F ′ ( R 、 Q : P ( t 1 ) ) U A ; {\displaystyle F'(R,Q:AL<P<AU)=\sum _{T\!A=1}^{U\!A=\infty }{\frac {F'(R,Q:P_{(ta)})}{U\!A}};\,\!} そして
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 1 ) ) 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}}.\,\!}
参考文献 ↑ Peter D. Lax; Maria Shea Terrell (2013). Calculus With Applications . Springer. p. 119. ISBN 978-1-4614-7946-8 。 ↑ シャーリー・O・ホケット、デビッド・ボック(2005)。 バロンズ AP微積分対策ガイド 。バロンズ教育シリーズ 。44 ページ 。ISBN 978-0-7641-2382-5 。↑ マーク・ライアン (2010). 『微積分入門』(Calculus Essentials For Dummies ). ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. pp. 41–47 . ISBN 978-0-470-64269-6 。↑カーラ・ニール 、 R・グスタフソン、ジェフ・ヒューズ(2012)。 プレカリキュラス 。センゲージ・ラーニング。p. 133。ISBN 978-0-495-82662-0 。1 2 3 Michael Comenetz (2002). Calculus: The Elements . World Scientific. pp. 71–76 および 151–161. ISBN 978-981-02-4904-5 。↑ モーリッツ・パッシュ (2010)。 モーリッツ・パッシュによる数学の基礎に関するエッセイ 。スプリンガー。 p. 157.ISBN 978-90-481-9416-2 。↑ Frank C. Wilson; Scott Adamson (2008). 応用微積分 . Cengage Learning. p. 177. ISBN 978-0-618-61104-1 。1 2 タマラ・レフコート・ルビー、ジェームズ・セラーズ、リサ・コルフ、ジェレミー・ヴァン・ホーン、マイク・マン(2014)。Kaplan AP Calculus AB & BC 2015。Kaplan Publishing。p. 299。ISBN 978-1-61865-686-5 。1 2 Thomas Hungerford; Douglas Shaw (2008). Contemporary Precalculus: A Graphing Approach . Cengage Learning. pp. 211–212 . ISBN 978-0-495-10833-7 。1 2スティーブン・G ・ クランツ(2014)。 解析学の基礎 。CRC Press。p. 127。ISBN 978-1-4822-2075-9 。↑ Andreas Griewank; Andrea Walther (2008). Evaluating Derivatives: Principles and Techniques of Algorithmic Differentiation, Second Edition . SIAM. pp. 2–. ISBN 978-0-89871-659-7 。↑ セルジュ・ラング (1968). 分析 1. アディソン・ウェスリー出版. p. 56 . ↑ Brian D. Hahn (1994). Fortran 90 for Scientists and Engineers . Elsevier. p. 276. ISBN 978-0-340-60034-4 。↑ クリストファー・クラパム、ジェームズ・ニコルソン(2009)。 『オックスフォード数学簡約辞典 』オックスフォード大学出版局、 313 ページ 。ISBN 978-0-19-157976-9 。↑ ドナルド・C・ベンソン、『より滑らかな小石:数学的探求』 、オックスフォード大学出版局、2003年、176ページ。