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置換和分の証明です。

置換和分の証明

置換和分の証明です。

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前進和分

f(x)の原始関数の一つをF(x)とすると、
hF(x)hx=f(x)…①
F(x)=h-1f(x)hx…②
と置ける。
F(x)tで差分すると、合成関数の前進差分の公式と①より
hF(x)ht=hF(x)hxhxht=f(x)hxht
まとめると
hF(x)ht=f(x)hxht…③
③の両辺をtで和分すると
F(x)=h-1f(x)hxhtht…④
②=④=F(x)より
h-1f(x)hx=h-1f(x)hxhtht

後退差分

f(x)の原始関数の一つをF(x)とすると、
hF(x)hx=f(x)…①
F(x)=h-1f(x)hx…②
と置ける。
F(x)tで差分すると、合成関数の後退差分の公式と①より
hF(x)ht=hF(x)hxhxht=f(x)hxht
まとめると
hF(x)ht=f(x)hxht…③
③の両辺をtで和分すると
F(x)=h-1f(x)hxhtht…④
②=④=F(x)より
h-1f(x)hx=h-1f(x)hxhtht

中心差分

f(x)の原始関数の一つをF(x)とすると、
δhF(x)δhx=f(x)…①
F(x)=δh-1f(x)δhx…②
と置ける。
F(x)tで差分すると、合成関数の中心差分の公式と①より
δhF(x)δht=δhδhxδhtF(Mtx)δhδhxδhtMtxδhxδht=f(Mtx)δhxδht
まとめると
δhF(x)δht=f(Mtx)δhxδht…③
③の両辺をtで和分すると
F(x)=δh-1f(Mtx)δhxδhtδht…④
②=④=F(x)より
δh-1f(x)δhx=δh-1f(Mtx)δhxδhtδht

完成した公式

h-1f(x)hx=h-1f(x)hxhtht
h-1f(x)hx=h-1f(x)hxhtht
δh-1f(x)δhx=δh-1f(Mtx)δhxδhtδht
ただしx=g(t)と置くと、
Mtx=Mtg(t)=g(t+h2)+g(t-h2)2