Общее между различными вариациями и обобщениями заключается в том, что производная отображения характеризует степень изменения образа отображения при (бесконечно) малом изменении аргумента. В зависимости от рассматриваемых математических структур конкретизируется содержание данного понятия.
Только для случая топологических линейных пространств известно около 20 обобщений понятия производной.[1]
Производная функции в точке определяется как предел отношения приращения функции к приращению аргумента при стремлении приращения аргумента к нулю:
, где .
Графически это тангенс угла наклона касательной в точке к кривой, изображающей функцию .
При достаточно малых изменениях аргумента выполнено равенство . В общем случае именно такая форма определения принимается за основу для обобщения понятия производной.
Односторонние производные
Определяются также односторонние производные, где вместо соответствующего предела используется односторонний (левосторонний и правосторонний) предел. Правосторо́нняя произво́дная или произво́дная спра́ва обозначается символами . Левосторо́нняя произво́дная или произво́дная сле́ва обозначается символами . Обычная производная существует тогда и только тогда, когда существуют равные между собой односторонние производные (их величина и равна производной).
Производные высших порядков
Поскольку производная функции одной переменной также является некоторой функцией одной переменной, то можно рассматривать производную производной — вторую производную и вообще производную любого порядка (некоторое натуральное число).
В случае функций нескольких переменных: , в первую очередь, определяются так называемые частные производные — производные по одной из переменных при условии фиксированных значений остальных переменных:
Собственно производной (учитывающей изменения вектора переменных в целом, то есть всех переменных) в случае функций нескольких переменных является так называемый градиент функции — вектор, компонентами которого являются частные производные:
По аналогии со случаем одной переменной, при малых изменениях вектора переменных выполнено равенство:
В случае функций нескольких переменных можно определить производную по направлению, то есть в предположении, что переменные изменяются в данном направлении. Производная функции по направлению вектора определяется следующим образом:
Если направление совпадает с направлением некоторой координатной оси, то производная по этому направлению фактически является соответствующей частной производной. Можно показать, что производная по направлению равна скалярному произведению вектора градиента на нормированный вектор направления (то есть вектор направления единичной длины, что можно получить из любого вектора направления делением на его длину):
Производные высших порядков
По аналогии со случаем функций одной переменной можно рассматривать частные производные произвольного порядка. Причем в данном случае можно использовать как одну и ту же переменную несколько раз, так и одновременно несколько переменных:
, где
Аналогом второй производной в случае функции нескольких переменных является матрица вторых частных производных — матрица Гессе, которая является производной векторнозначной функции (см. ниже) — градиента скалярной функции. Элементами этой матрицы являются вторые производные .
Полная производная
Во многих случаях возникает необходимость оценить зависимость функции от изменения данной переменной в ситуации, когда остальные переменные определенным образом изменяются в зависимости от , то есть на значение функции изменение данной переменной сказывается как непосредственно (что выражено частной производной), так и опосредованно через изменение других переменных. Полное влияние выражено в понятии полной производной:
В общем случае можно рассматривать траекторию изменения независимых переменных в параметрической форме , где — некоторый параметр (в физике это чаще всего время). Тогда можно рассматривать полную производную по этому параметру:
При этом в параметр может выступать одной из переменных .
Производная Лагранжа принимает во внимание изменения вследствие зависимости от времени и движения через пространство по векторному полю.
Набор функций нескольких переменных
Набор функций нескольких переменных можно интерпретировать как векторнозначную функцию: . Производная такой функции представляет собой так называемую матрицу Якоби, строки которой — градиенты функций , составляющих набор , то есть элемент -ой строки и -го столбца равен частной производной функции по переменной :
По аналогии со скалярными функциями при малых изменениях вектора аргументов справедливо равенство:
Частным случаем производной векторнозначной функции является производная от градиента некоторой скалярной функции , так как градиент фактически представляет собой вектор из нескольких функций — частных производных. Эта производная, как отмечалось выше, по сути является второй производной скалярной функции и представляет собой матрицу частных производных второго порядка этой функции — матрица Гессе () или гессиан (гессианом обычно называют определитель матрицы Гессе).
Скалярная функция нескольких переменных рассматривалась выше формально как функция от вектора, компонентами которого являлись независимые переменные. В общем случае следует рассмотреть скалярные (числовые) функции на произвольных векторных пространствах некоторой размерности. Тогда в каждом фиксированном базисе такое отображение можно рассмотреть как функцию нескольких переменных. Таким образом, все рассмотренные выше понятия можно интерпретировать как координатные определения производных при фиксированном базисе произвольного пространства (наделенного достаточной для этих целей топологической структурой).
Аналогично, значения набора функций также формально рассматривались компоненты некоторого вектора и этот набор функций трактовался (формально) как отображение одного вектора в другой. В общем случае следует рассмотреть отображение между произвольными векторными пространствами и различной размерности и природы (наделенных необходимой топологической структурой). Если зафиксировать базисы в обоих пространствах, то это отображение аналогично рассмотренному выше набору функций нескольких переменных. Таким образом, все соответствующие определения интерпретируются в общем случае как координатное определение производных при фиксированных базисах соответствующих пространств.
Данная интерпретация означает в то же время, что несмотря на то, что координатное представление производных зависит от базиса (меняются при переходе от одного базиса к другому), сами понятия производных от выбора базисов не должны зависеть. Поэтому вообще говоря требуются более общие определения производных напрямую не связанных с выбором базиса и их координатным представлением. Более того, указанные определения обобщаются на случай пространств бесконечной размерности, что используется, например, в функциональном анализе и вариационном исчислении.
Производная Гато
Достаточно общее понятие производной рассматривается в функциональном анализе, где концепция производной по направлению обобщается на произвольные локально выпуклые топологические векторные пространства. Соответствующая производная называется обычно производной Гато или слабой производной. Определение производной Гато по существу не отличается от производной по направлению для случая функции нескольких переменных:
Это означает, что при достаточно малых (по норме пространства ) изменениях аргумента изменение сходится (по норме пространства Y) к , что формально можно записать в виде равенства:
Если эта производная существует, то она совпадает с производной Гато. Для конечномерных пространств в координатном представлении является матрицей Якоби, а если , то — градиентом скалярной функции.
Вариационная производная
В вариационном исчислении, где рассматриваются интегральные функционалы на пространстве функций, в которых введено скалярное произведение (в форме интеграла от пары функций), вводится понятие вариационной производной, называемой также функциональной производной. Вариационная производная функционала — это функция (вообще говоря обобщенная функция) , для которой при малой вариации функции выполнено равенство:
Можно показать, что по сути вариационная производная есть производная Фреше.
1. Дивергенция (расходимость) векторнозначных функций (векторных полей) на конечномерном пространстве , даёт меру того, как силён «источник» или «сток» в этой точке. Она может быть использована для вычисления потока при помощи теоремы о дивергенции. В координатном представлении (в декартовых координатах) дивергенция равна
2. Ротор векторных полей в трехмерном пространстве измеряет «вращение» векторного поля в этой точке. В координатном представлении (в декартовых координатах) равен:
(F — векторное поле с декартовыми компонентами , а — орты декартовых координат)
3. Лапласиан — это дивергенция (расходимость) градиентаскалярной функции (скалярного поля) на конечномерном пространстве. Часто обозначается как или как . В координатном представлении (в декартовых координатах) равен:
4. Д’Аламбертиан — определяется аналогично лапласиану, но используя метрикупространства Минковского, вместо метрики евклидова пространства. Рассматривается в физике для четырёхмерного пространства-времени. В координатном представлении (в декартовых координатах) равен:
Производные в дифференциальной топологии, геометрии и тензорном анализе
Касательный вектор и касательное отображение
В дифференциальной топологии для гладких скалярных функций на гладком многообразии (далее - просто многообразие и просто функция) вводится понятие касательного вектора в точке . Эти функции образуют алгебру по поточечным операциям сложения и умножения и умножения на число. Касательный вектор определяется как линейный функционал на алгебре таких функций, удовлетворяющий правилу Лейбница. Для многообразий, которые являются подмножествами, этот касательный вектор будет аналогичен направленной производной в точке, определённой выше.
Линейный оператор на алгебре функций, удовлетворяющий правилу Лейбница, будет собственно дифференцированием на алгебре этих функций и фактически определяет производную скалярных функций. Такие линейные операторы на алгебре скалярных функций образуют векторное поле на многообразии. Это векторное поле также можно определить как отображение ставящее каждой точке многообразия касательный вектор к этой точке.
Множество всех касательных векторов к данной точке многообразия образуют касательное пространство к данной точке .
Для гладких отображений многообразий произвольных размерностей дифференциалом в точке называется линейный оператор , который для любого касательного вектора заключается в дифференцировании функции для произвольной числовой функции f на многообразии N .
В координатном представлении дифференциал представляет собой матрицу Якоби . Базисы в касательных пространствах определяются как частные производные числовых функций от координатного представления точки p.
Объединение всех касательных пространств (рассматриваемых как непересекающиеся множества) для всех точек многообразия называется касательным расслоением многообразия (имеет размерность 2n, поскольку касательное расслоение по существу это множество пар - точка и касательный вектор к нему). Точнее касательным расслоением является отображение пространства TM в многообразие M. Касательное отображение (англ.pushforward) является обобщением понятия якобиана и действует на касательных расслоениях многообразий: . Аргументами касательного отображения являются точка и вектор . Для фиксированной точки отображение является вышеуказанным дифференциалом в точке - линейным отображением касательного пространства в касательное пространство .
Векторным полем на многообразии называется отображение многообразия M на TM, то есть ставящая в соответствие каждой точке многообразия касательный вектор к этой точке. Векторное поле можно рассматривать как сечение касательного расслоения - отображение М в TM. Векторные поля можно рассматривать также как дифференцирование алгебры функций, отображающее каждую функцию алгебры другую функцию этой же алгебры. Это линейное отображение удовлевояющее правилу Лейбница.
Для римановых многообразий градиент скалярной функции f определяется как вектор касательного пространства , такой, что для любого касательного вектора Х дифференциал функции равен скалярному произведению . В координатном представлении это свертка метрики пространства частными производными функции:
Производная Ли — скорость изменения тензорного поля (в частности скалярного или векторного поля) в направлении данного векторного поля. В случае скалярного поля производная Ли совпадает с производной по направлению. Для векторных полей производная Ли равна так называемой скобке Ли. Это пример применения скобки Ли (векторные поля образуют алгебру Ли на группе диффеоморфизмов многообразия). Это производная 0 порядка на алгебре.
Внутренняя производная — это производная «-1» порядка на внешней алгебре форм. Вместе, внешняя производная, производная Ли, и внутренняя производная образуют супералгебру Ли.
Для скалярных функций ковариантная производная совпадает с производной по направлению векторного поля. Ковариантную производную векторного поля по векторному полю формально можно определить как отображение, F-линейное по (то есть по сумме и умножению на скалярную функцию), аддитивности по и стандартного правила Лейбница для произведения скалярного поля на векторное поле . В общем случае тензорных полей требуется выполнение правила Лейбница для их тензорного произведения.
В случае векторного поля ковариантную производную в координатном представлении можно записать как:
В комплексном анализе (анализе функций комплексных переменных), центральными объектами изучения являются голоморфные функции, которые являются комплекснозначными функциями на плоскости комплексных чисел и удовлетворяющие соответственно расширенному определению дифференцируемости.
Производная Шварца описывает, как комплексная функция аппроксимируется дробно-линейным отображением, аналогично тому, как обычная производная описывает, как функция аппроксимируется линейным отображением.
Производные в алгебре и алгебраической геометрии
Дифференцирование в общей алгебре — это линейное отображение на кольце или алгебре, которое удовлетворяет закону Лейбница (правилу произведения). Они изучаются в чистой алгебраической постановке в дифференциальной теории Галуа, но также появляются во многих других областях, где они часто употребляются с менее строгими алгебраическими определениями производных.
Вдобавок к производным -го порядка для любого натурального числа, используя различные методы, возможно ввести производные в дробных степенях, получая при этом так называемые производные дробного порядка. Производные отрицательных порядков будут соответствовать интегрированию, откуда появляется термин дифферинтеграл. Изучение различных возможных определений и записей производных ненатуральных порядков известно под названием дробное исчисление.
Logo da Gara Festival de música em apoio a Gara, Donostia (San Sebastián), 2019 Gara (em português: Nós Somos) é um jornal bilíngue (basco/espanhol) publicado na cidade de Donostia-San Sebastián na Comunidade Autónoma do País Basco. O mercado-alvo do jornal compreende a área do País Basco, mas sua circulação é amplamente restrita ao território Basco do Sul (Espanha), uma vez que o espanhol é a língua predominantemente usada. Gara, o terceiro jornal mais lido na Comunidade Aut...
لمعانٍ أخرى، طالع فيانو (توضيح). لthe comune in لتسية، طالع Fiano Romano. Fiano الاسم الرسمي Comune di Fiano الإحداثيات 45°13′01″N 7°31′22″E / 45.216871°N 7.522685°E / 45.216871; 7.522685 [1] تقسيم إداري البلد إيطاليا[2] التقسيم الأعلى مدينة تورينو الحضرية (1 يناير 2015–)...
This article is about the Doors song. For the Roger Waters song, see Hello (I Love You). For other songs, see Hello I Love You. 1968 single by the DoorsHello, I Love YouSingle by the Doorsfrom the album Waiting for the Sun B-sideLove StreetReleasedJune 11, 1968 (1968-06-11) by Nipper Music Co., Inc.[1]RecordedFebruary–May 1968Genre Rock[2] pop[3] pop rock[3] Length2:13LabelElektraSongwriter(s)The Doors[1]Producer(s)Paul A. RothchildThe ...
Fountain in Piazza Santa Maria in TrastevereFountainFountain in Piazza Santa Maria in TrastevereDesignDonato BramanteLocationPiazza Santa Maria, Rome, ItalyClick on the map for a fullscreen viewCoordinates: 41°54′11.1″N 12°28′28.65″E / 41.903083°N 12.4746250°E / 41.903083; 12.4746250 The Fountain in Piazza Santa Maria in Trastevere is a fountain located in the square in front of the church of Santa Maria in Trastevere, Rome, Italy. It is believed to be the ...
Skepticism of the claimed benefits of globalization This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these template messages) This article's lead section may be too short to adequately summarize the key points. Please consider expanding the lead to provide an accessible overview of all important aspects of the article. (September 2016) The neutrality of this article is disputed. Relevant discussion may be found on...
Main European drainage divides (red lines) separating catchments (green regions) This article lists the principal rivers of Europe with their main tributaries. Scope This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (October 2021) (Learn how and when to remove this template message) The border of Europe and Asia is here defined as from the Kara Sea, along the Ural Mountains and Ur...
Voce principale: UEFA Europa League 2022-2023. UEFA Europa League 2022-2023 - Fase a eliminazione direttaUEFA Europa League 2022-2023 - Knockout phase Competizione UEFA Europa League Sport Calcio Edizione Organizzatore UEFA Date dal 16 febbraio 2023al 31 maggio 2023 Partecipanti 24 Statistiche Incontri disputati 45 Gol segnati 120 (2,67 per incontro) Pubblico 1 797 188 (39 938 per incontro) Cronologia della competizione UEL 2021-2022 KP UEL 2023-2024 KP Manuale La ...
Questa voce sull'argomento calciatori spagnoli è solo un abbozzo. Contribuisci a migliorarla secondo le convenzioni di Wikipedia. Segui i suggerimenti del progetto di riferimento. Iván Moreno y Fabianesi Nazionalità Spagna Altezza 175 cm Calcio Ruolo Centrocampista Termine carriera 31 dicembre 2015 Carriera Squadre di club1 1998-2001 Rosario Central88 (13)2001-2002 Villarreal0 (0)2002 Porto0 (0)2002-2003 Banfield36 (7)2003-2005 Colón (SF)86 (17)2006...
Swedish pop and schlager trio This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these template messages) This article may need to be rewritten to comply with Wikipedia's quality standards. You can help. The talk page may contain suggestions. (July 2010) This biography of a living person needs additional citations for verification. Please help by adding reliable sources. Contentious material about living persons tha...
Arthurian villain Maleagant (alternately Malagant, Meleagan, Meleagant, Meliagant, Meliagaunt, Meliagant, Meliaganz, Meliagrance, Meliagrant, Mellegrans, Mellyagraunce) is a villain from Arthurian legend. In a number of versions of a popular episode, Maleagant abducts King Arthur’s wife, Queen Guinevere, necessitating her rescue by Arthur and his knights. The earliest surviving version of this episode names the abductor Melwas; as Maleagant, he debuts as Lancelot's archenemy in Chrétien de...
Греки присутствовали на территории современной Южной России с 6 века до нашей эры. эти поселенцы ассимилировались с коренным населением. Подавляющее большинство греческих меньшинств современной России являются потомками средневековых греческих беженцев, купцов и имм...
Mosque in Sharon, Massachusetts, United States This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these template messages) This article relies excessively on references to primary sources. Please improve this article by adding secondary or tertiary sources. Find sources: Sharon Mosque – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (May 2009) (Learn how and when to remove this ...
Region of Slovakia Region in SlovakiaBratislava Region Bratislavský krajRegion FlagCoat of armsCountrySlovakiaCapitalBratislavaGovernment • BodyCounty Council of Bratislava Region • GovernorJuraj Droba (SaS)Area • Total2,053 km2 (793 sq mi)Highest elevation754 m (2,474 ft)Lowest elevation123 m (404 ft)Population (2021-01-01)[1] • Total719,537 • Density350/km2 (910/sq mi)...
AkuntansiKonsep dasarAkuntan · Pembukuan · Neraca percobaan · Buku besar · Debit dan kredit · Harga pokok · Pembukuan berpasangan · Standar praktik · Basis kas dan akrual · PABU / IFRSBidang akuntansiBiaya · Dana · Forensik · Keuangan · Manajemen · PajakLaporan keuanganNeraca · Laba rugi · Perubahan ekuitas · ...
Artikel ini membutuhkan rujukan tambahan agar kualitasnya dapat dipastikan. Mohon bantu kami mengembangkan artikel ini dengan cara menambahkan rujukan ke sumber tepercaya. Pernyataan tak bersumber bisa saja dipertentangkan dan dihapus.Cari sumber: Eurocopter EC225 Super Puma – berita · surat kabar · buku · cendekiawan · JSTOR EC225 Super Puma Sebuah Bristow Helicopters EC225LP terparkir di Bandara Aberdeen. Jenis Helikopter Transportasi Penumpang Pembu...
Герб Англії (1558—1603) Традиційно, Англійське королівство починається з Альфреда І Великого, короля Вессекса, у південно-східній частині Великої Британії. Останнім англійським монархом була королева Анна, яка стала королевою Великої Британії, коли Англія об'єдналася з Шот...
1974 studio album by Yes RelayerStudio album by YesReleased29 November 1974Recorded1974StudioNew Pipers, Virginia Water, SurreyGenreProgressive rockjazz fusion[1]Length40:28LabelAtlanticProducer Yes Eddie Offord Yes chronology Tales from Topographic Oceans(1973) Relayer(1974) Yesterdays(1975) Singles from Relayer Soon/Sound ChaserReleased: 8 January 1975 (US) Relayer is the seventh studio album by the English progressive rock band Yes, released in November 1974 by Atlantic Records...
Brazil-related events during 1892 1892 in Brazil Years 1890 1891 1892 1893 1894 Flag 21 stars (1889–1960) Timeline of Brazilian history First Brazilian Republic Year of Constitution: 1891 Events in the year 1892 in Brazil. Incumbents Federal government President: Marshal Floriano Peixoto Vice-President: vacant Governors Alagoas: Manuel Gomes Riberio (until 24 March), Gabino Besuoro (starting 24 March) Amazonas: until 27 February: Gregório Taumaturgo Azevedo 27 February: José Inácio Borge...