トップページ > 記事の分類 > 数学論理 > 和分差分学 > 積の差分の証明
積の差分の証明です。

積の差分の証明

積の差分の証明です。

更新日:

前進差分

∆h(f⁡(x)⁢g⁡(x))∆hx=f⁡(x+h)⁢g⁡(x+h)-f⁡(x)⁢g⁡(x)(x+h)-x
=f⁡(x+h)⁢g⁡(x+h)-f⁡(x)⁢g⁡(x)h+f⁡(x)⁢g⁡(x+h)-f⁡(x)⁢g⁡(x+h)h
=f⁡(x+h)⁢g⁡(x+h)-f⁡(x)⁢g⁡(x+h)h+f⁡(x)⁢g⁡(x+h)-f⁡(x)⁢g⁡(x)h
=∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x+h)+f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx
=∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x+h)+f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+(∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)-∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x))
=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)+∆hf⁡(x)∆hx⁢(g⁡(x+h)-g⁡(x))
=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)+h⁢∆hf⁡(x)∆hx⁢∆hg⁡(x)∆hx
よって
∆h(f⁡(x)⁢g⁡(x))∆hx=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)+h⁢∆hf⁡(x)∆hx⁢∆hg⁡(x)∆hx

後退差分

∇h(f⁡(x)⁢g⁡(x))∇hx=f⁡(x)⁢g⁡(x)-f⁡(x-h)⁢g⁡(x-h)h
=f⁡(x)⁢g⁡(x)-f⁡(x-h)⁢g⁡(x-h)h+f⁡(x)⁢g⁡(x-h)-f⁡(x)⁢g⁡(x-h)h
=f⁡(x)⁢g⁡(x)-f⁡(x)⁢g⁡(x-h)h+f⁡(x)⁢g⁡(x-h)-f⁡(x-h)⁢g⁡(x-h)h
=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx+∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x-h)
=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx+∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x-h)+(∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x))
=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx+∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)+∇hf⁡(x)∇hx⁢(g⁡(x-h)-g⁡(x))
=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx+∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-h⁢∇hf⁡(x)∇hx⁢∇hg⁡(x)∇hx

よって
∇h(f⁡(x)⁢g⁡(x))∇hx=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx+∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-h⁢∇hf⁡(x)∇hx⁢∇hg⁡(x)∇hx

中心差分

Mx⁡f⁡(x)=f⁡(x+h2)+f⁡(x-h2)2
=2⁢f⁡(x+h2)-f⁡(x+h2)+f⁡(x-h2)2
=f⁡(x+h2)-h2⁢δhf⁡(x)δhx
変形して
f⁡(x+h2)=Mx⁡f⁡(x)+h2⁢δhf⁡(x)δhx…①

Mx⁡f⁡(x)=f⁡(x+h2)+f⁡(x-h2)2
=f⁡(x+h2)-f⁡(x-h2)+2⁢f⁡(x-h2)2
=f⁡(x-h2)+h2⁢δhf⁡(x)δhx
変形して
f⁡(x-h2)=Mx⁡f⁡(x)-h2⁢δhf⁡(x)δhx…②

Mx⁡g⁡(x)=g⁡(x+h2)+g⁡(x-h2)2
=2⁢g⁡(x+h2)-g⁡(x+h2)+g⁡(x-h2)2
=g⁡(x+h2)-h2⁢δhg⁡(x)δhx
変形して
g⁡(x+h2)=Mx⁡g⁡(x)+h2⁢δhg⁡(x)δhx…③

Mx⁡g⁡(x)=g⁡(x+h2)+g⁡(x-h2)2
=g⁡(x+h2)-g⁡(x-h2)+2⁢g⁡(x-h2)2
=g⁡(x-h2)+h2⁢δhg⁡(x)δhx
変形して
g⁡(x-h2)=Mx⁡g⁡(x)-h2⁢δhg⁡(x)δhx…④

①~④より
δh(f⁡(x)⁢g⁡(x))δhx=f⁡(x+h2)⁢g⁡(x+h2)-f⁡(x-h2)⁢g⁡(x-h2)h
=(Mx⁡f⁡(x)+h2⁢δhf⁡(x)δhx)⁢(Mx⁡g⁡(x)+h2⁢δhg⁡(x)δhx)h-(Mx⁡f⁡(x)-h2⁢δhf⁡(x)δhx)⁢(Mx⁡g⁡(x)-h2⁢δhg⁡(x)δhx)h
=Mx⁡f⁡(x)⁢Mx⁡g⁡(x)+h2⁢δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)+Mx⁡f⁡(x)⁢h2⁢δhg⁡(x)δhx+(h2)2⁢δhf⁡(x)δhx⁢δhg⁡(x)δhxh-Mx⁡f⁡(x)⁢Mx⁡g⁡(x)-h2⁢δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)-Mx⁡f⁡(x)⁢h2⁢δhg⁡(x)δhx+(h2)2⁢δhf⁡(x)δhx⁢δhg⁡(x)δhxh
=h2⁢δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)+Mx⁡f⁡(x)⁢h2⁢δhg⁡(x)δhxh--h2⁢δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)-Mx⁡f⁡(x)⁢h2⁢δhg⁡(x)δhxh
=h2⁢δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)+Mx⁡f⁡(x)⁢h2⁢δhg⁡(x)δhxh+h2⁢δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)+Mx⁡f⁡(x)⁢h2⁢δhg⁡(x)δhxh
=h⁢δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)+Mx⁡f⁡(x)⁢h⁢δhg⁡(x)δhxh
=δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)+Mx⁡f⁡(x)⁢δhg⁡(x)δhx

よって
δh(f⁡(x)⁢g⁡(x))δhx=Mx⁡f⁡(x)⁢δhg⁡(x)δhx+δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)

完成した公式

∆h(f⁡(x)⁢g⁡(x))∆hx=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)+h⁢∆hf⁡(x)∆hx⁢∆hg⁡(x)∆hx
∇h(f⁡(x)⁢g⁡(x))∇hx=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx+∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-h⁢∇hf⁡(x)∇hx⁢∇hg⁡(x)∇hx
δh(f⁡(x)⁢g⁡(x))δhx=Mx⁡f⁡(x)⁢δhg⁡(x)δhx+δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)
ただし
Mx⁡f⁡(x)=f⁡(x+h2)+f⁡(x-h2)2
Mx⁡g⁡(x)=g⁡(x+h2)+g⁡(x-h2)2