Afleiða (stærðfræði)

(Endurbeint frá Deildun)

Afleiða falls af rauntölubreytistærð lýsir því hve ört fallgildi (úttak fallsins) breytist þegar breytistærðin (inntak falls) er örlítið hreyfð. Hún er því mælikvarði á breytingarhraða fallsins. Afleiður eru eitt af grunntækjum örsmæðareiknings og gegna mikilvægu hlutverki í fjölmörgum vísindagreinum, meðal annars eðlisfræði.

Örsmæðareikningur

Undirstöðusetning
Markgildi
Samfelldni
Vigurgreining
Þinreikningur
Meðalgildissetningin

Deildun (diffrun)

Margfeldisreglan
Brotareglan
Keðjureglan
Fólgið fall
Setning Taylors
Listi yfir afleiður

Heildun (tegrun)

Listi yfir heildi
Óeiginlegt heildi
Hlutheildun
Hringheildun
Heildun snúða
Innsetningaraðferðin
Innsetning hornafalla
Heildun ræðra falla

Ein algeng hagnýting afleiða er tengd hreyfingu: Afleiða staðsetningar hlutar með tilliti til tíma gefur hraða hans, þ.e hve hratt staðsetnningin breytist þegar tíminn líður.

Afleiða falls af einni breytistærð í tilteknum punkti, ef hún er skilgreind þar, er hallatala snertilsins við feril fallsins í þeim punkti. Snertillinn veitir bestu línulega nálgunin á fallinu nær þessu inntaksgildi. Afleiða er því oft túlkuð sem augnablikshraði, það er hlutfall milli augnabliksbreytingu í háðu breytunni (fallgildinu) og augnabliksbreytingu óháða breytunnar (breytistærðar).

Afleiður falla eru reiknaðar með aðgerð sem kallast deildun (einnig nefn diffrun). Andhverfa þessarar aðgerðar kallast öfug deildun eða óákveðin heildun, og felst í því að finna stofnfall. Undirstöðusetning örsmæðareiknings tengir saman deildun og heildun með því að sýna að deildun stofnfalla skili upphaflega fallinu. Deildun og heildun eru tvær grunnmeginaðferðir í örsmæðareikningi fyrir föll af einni breytistærð.

Skilgreining

breyta

Rithættir

breyta

Tveir mismunandi rithættir eru venjulega notaðir fyrir afleiðureikning. Þessir rithættir eru Leibniz rithátturinn sem er kenndur við Gottfried Wilhelm von Leibniz, og Lagrange rithátturinn sem er kenndur við Joseph-Louis Lagrange.

Í Leibniz rithættinum er örsmæðabreyting á   er táknuð sem   og afleiðan af   m.t.t.   er skrifuð sem   sem gefur til kynna hlutfall milli tveggja örsmæðastærða.

Í Lagrange rithættinum táknum við afleiðu fallsins   m.t.t. breytistærðar   sem   eða  . Lagrange rithátturinn er stundum ranglega kenndur við Newton.

Formleg skilgreining

breyta

Látum   vera raungilt fall skilgreint á opnu bilinu í kringum punktinn  . Ef eftirfarandi markgildi er til:

 

þá er   sagt vera deildanlegt (diffranlegt) í punktinum   og afleiða   í punktinum   er jafngilt markgildinu. Þ.e.a.s.

 

þar sem   er notað til að tákna afleiðu   í punktinum   (Lagrange rithátturinn).

Hins vegar, ef markgildið er ekki til, þá er   sagt vera ódeildanlegt (ódiffranlegt) í punktinum   og að það sé ekki til afleiða fyrir   í punktinum  .

Annað form markgildisins

breyta

Stundum eru afleiður skilgreindar með eftirfarandi markgildi í stað markgildisins sem er gefið í formlegu skilgreiningunni fyrir ofan:

 

Athugið að þetta markgildi er jafngilt markgildinu að ofan þ.a. skilgreiningarnar með þessu eða fyrra markgildinu eru jafngild.

Eiginleikar afleiða

breyta

Tengsl milli samfelldni og deildanleika falla

breyta

Ef fall   er deildanlegt í punkti  , þá er það líka samfellt í punkti  .

Athugið hins vegar að það öfuga gildir ekki alltaf. Þ.e.a.s. ef fall   er samfellt í punkti  , þá er það ekki endilega deildanlegt í punkti  . Til dæmis má nefna að algildisfallið   er samfellt en ekki diffranlegt í punkti   og Weierstrassfallið sem er samfellt en ekki deildanlegt á öllum rauntalnaásnum.

Hærri-stigs afleiður

breyta

Látum   vera deildanlegt fall og látum   vera afleiða þess. Afleiða   er rituð sem   með rithætti Lagrange, ef afleiðan sjálf ef deildanleg, og kallast seinni-stigs afleiða  . Á sama hátt er afleiða seinni afleiðunnar rituð sem  , ef seinni afleiðan er sjálf deildanleg, og kallast þriðja-stigs afleiða  . Þannig kolli af kolli má skilgreina  -ta stigs afleiðuna af   sem afleiðuna af  -ta-stigs afleiðu  , ef hún er til, og hún er rituð sem  með rithætti Lagrange. Gefið að þær eru til,  eru kallaðar hærri-stigs afleiður.

Beygjuskilspunktar

breyta

Punktar þar sem seinni-stigs afleiða falls breytir um formerki kallast beygjuskilspunktur. Á beygjuskilspunktinum er seinni-stigs afleiðan annað hvort 0 eða ekki til. Á beygjuskilspunkti færist fall frá því að vera kúpt yfir í að vera hvelft, eða öfugt.

Reiknireglur

breyta

Hægt er að reikna afleiðu fall útfrá markgildisskilgreiningunni. Hins vegar er hægt að nýta sér styttri leiðir til að reikna afleiður með því að notfæra sér þekktar afleiður algengra falla ásamt deildunarreglum fyrir samsett föll.

Afleiður algengra falla

breyta

Veldaföll

breyta

Fallið   þar sem   er rauntala hefur afleiðu  .

Vísis- og lograföll

breyta
  • Fallið   hefur afleiðu  .
  • Fallið   hefur afleiðu  .
  • Fallið   hefur afleiðu   fyrir öll  .
  • Fallið   hefur afleiðu   fyrir öll  .

Hornaföll

breyta
  • Fallið   hefur afleiðu  .
  • Fallið   hefur afleiðu  .
  • Fallið   hefur afleiðu  .

Andhverf hornaföll

breyta
  • Fallið   hefur afleiðu   fyrir öll  .
  • Fallið   hefur afleiðu   fyrir öll  .
  • Fallið   hefur afleiðu  .

Deildunarreglur fyrir samsett föll

breyta

Fastareglan

breyta

Ef   er fasti, þá er  .

Summureglan

breyta

Látum   þar sem   og   eru fastar. Þá er afleiðan  .

Látum  . Þá er afleiðan  .

Látum  . Þá er afleiðan   fyrir öll föll   og   þar sem  .

Látum  . Þá er afleiðan  .

Tenglar

breyta
   Þessi stærðfræðigrein er stubbur. Þú getur hjálpað til með því að bæta við greinina.