Κανόνας της αλυσίδας. J ανοικτά διαστήματα) ώστε ( ), ( ) ( ) ( ) fog ' x = f ' g x g ' x, x I (2)

Σχετικά έγγραφα
( ) Κλίση και επιφάνειες στάθµης µιας συνάρτησης. x + y + z = κ ορίζει την επιφάνεια µιας σφαίρας κέντρου ( ) κ > τότε η

ΙΙ ιαφορικός Λογισµός πολλών µεταβλητών. ιαφόριση συναρτήσεων πολλών µεταβλητών

8. Πολλαπλές μερικές παράγωγοι

y ) = f ( x ) + f ( y ) x ) = λ f ( x ) x + x ) + f (

Κανόνες παραγώγισης ( )

ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΙ- ΠΟΛΙΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΦΥΛΛΑΔΙΟ 2/2012

( () () ()) () () ()

( () () ()) () () ()

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

8. Πολλαπλές μερικές παράγωγοι

( ) Κλίση και επιφάνειες στάθµης µιας συνάρτησης. x + y + z = κ ορίζει την επιφάνεια µιας σφαίρας κέντρου ( ) κ > τότε η

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου 25/9/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Ας ξεκινήσουμε υπενθυμίζοντας τον ορισμό της συνέχειας σε μετρικούς χώρους. διατυπώνεται και με τον ακόλουθο τρόπο: για κάθε σφαίρα

Ακρότατα πραγματικών συναρτήσεων

a ) a ) = lim f( a + h u ) f( a ) = lim (2) h = 0 f( a + h u ) f( a ) hdf( a )( u ) lim = 0 lim u ) f( a + h lim = 0 u ) = 0 lim = Df( a )( u ) lim

Γενικά Μαθηματικά ΙΙ

(a) = lim. f y (a, b) = lim. (b) = lim. f y (x, y) = lim. g g(a + h) g(a) h g(b + h) g(b)

Πραγματικοί Αριθμοί 2

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Συναρτήσεις Πολλών Μεταβλητών

ΑΠΕΙΡΟΣΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΙΙ Χειμερινό εξάμηνο Ασκήσεις 1.

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Το θεώρηµα πεπλεγµένων συναρτήσεων

Μαθηματικά για μηχανικούς ΙΙ ΛΥΣΕΙΣ/ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

1 Επανάληψη εννοιών από τον Απειροστικό Λογισμό

Εργασία 2. Παράδοση 20/1/08 Οι ασκήσεις είναι βαθμολογικά ισοδύναμες

ΛΥΣΕΙΣ 6 ης ΕΡΓΑΣΙΑΣ - ΠΛΗ 12,

 = 1 A A = A A. A A + A2 y. A = (A x, A y ) = A x î + A y ĵ. z A. 2 A + A2 z

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

= DX(0, 0)(ae 1 + be 2 ) = adx(0, 0)e 1 + bdx(0, 0)e 2 = ax u (0, 0) + bx v (0, 0).

Μαθηματική Ανάλυση ΙI

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

Περιεχόμενα. Κεφάλαιο 1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΕΥΘΕΙΑ Οι συντεταγμένες ενός σημείου Απόλυτη τιμή...14

Μαθηματικά για μηχανικούς ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 3 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 7 Ιανουαρίου 2008

1.1. Διαφορική Εξίσωση και λύση αυτής

f x = f a + Df a x a + R1 x, a, x U και από τον ορισµό της 1 h f a h f a h a h h a R h a i i j

9.9 Ανεξαρτησία του επικαμπυλίου ολοκληρώματος από την καμπύλη ολοκληρώσεως. Συνάρτηση δυναμικού

3.5 Το θεώρημα Hahn-Banach σε τοπολογικούς διανυσματικούς χώρους.

Απειροστικός Λογισμός ΙΙ, εαρινό εξάμηνο Φυλλάδιο ασκήσεων επανάληψης.

Απειροστικός Λογισμός ΙΙΙ Υποδείξεις - Συχνά Λάθη

7. ΑΝΩΜΑΛΑ ΣΗΜΕΙΑ, ΠΟΛΟΙ ΚΑΙ ΤΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΤΩΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΙΠΩΝ. και σε κάθε γειτονιά του z

ΛΥΣΕΙΣ 6. a2 x 2 y 2. = y

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

ΕΜΒΟΛΙΜΗ ΠΑΡΑΔΟΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ. Μερικές βασικές έννοιες διανυσματικού λογισμού

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ

f x = f a + Df a x a + R1 x, a, x U και από τον ορισµό της 1 h f a h f a h a h h a R h a i i j

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

ΑΚΡΙΒΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΑ. u,υ / A ονομάζεται ακριβές διαφορικό όταν υπάρχει. df u x,y dx υ x,y dy. f u και. f y. 3 f. και

ιανυσµατικά πεδία Όπως έχουµε ήδη αναφέρει ένα διανυσµατικό πεδίο είναι µια συνάρτηση

Κλασικη ιαφορικη Γεωµετρια

Καµπύλες στον R. σ τελικό σηµείο της σ. Το σ. σ =. Η σ λέγεται διαφορίσιµη ( αντιστοίχως

Λογισμός 4 Ενότητα 11

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Διανύσματα - Διανυσματικές Συναρτήσεις

f (x + h) f (x) h f (x) = lim h 0 f (z) f (x) z x df (x) dx, df dy dx,

Ανασκόπηση-Μάθημα 14 Όρια και Συνέχεια συναρτήσεων στο R 2

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ «ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ» ΑΚΟΛΟΥΘΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΑ ΑΚΟΛΟΥΘΙΩΝ. lim. (β) n +

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι ΣΔΕ Bernoulli, Riccati, Ομογενείς. Διαφορικές Εξισώσεις Bernoulli, Riccati και Ομογενείς

Συνεχείς συναρτήσεις πολλών µεταβλητών. ε > υπάρχει ( ) ( )

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΟΡΘΟΓΩΝΙΩΝ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ...23 ΑΠΟΛΥΤΗ ΤΙΜΗ. ΑΝΙΣΟΤΗΤΕΣ...15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΥΘΕΙΕΣ...32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΥΚΛΟΙ...43

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 2. Σταύρος Παπαϊωάννου

ΦΥΣ Διάλ Άλγεβρα. 1 a. Άσκηση για το σπίτι: Διαβάστε το παράρτημα Β του βιβλίου

Συναρτήσεις Πολλών Μεταβλητών. ΗΥ111 Απειροστικός Λογισμός ΙΙ

Μαθηματική Ανάλυση ΙI

1. Για καθένα από τους ακόλουθους διανυσματικούς χώρους βρείτε μια βάση και τη διάσταση. 3. U x y z x y z x y. {(,, ) } a b. c d

5.1 Συναρτήσεις δύο ή περισσοτέρων µεταβλητών

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Πρόοδος (Λύσεις) Ι. Λυχναρόπουλος

< F ( σ(h(t))), σ (h(t)) > h (t)dt.

Λογισμός 3. Ενότητα 18: Θεώρημα Πεπλεγμένων (Ειδική περίπτωση) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΡΟΠΗ ΑΔΡΑΝΕΙΑΣ (ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΑΔΡΑΝΕΙΑ )

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

Περιεχόμενα. Λίγα λόγια για τους συγγραφείς

Περιεχόμενα. Λίγα λόγια για τους συγγραφείς

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ» ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ 5 Ιουλίου 2009

Όρια συναρτήσεων. ε > υπάρχει ( ) { } = ± ορίζονται αναλόγως. Η διατύπωση αυτών των ορισµών αφήνεται ως άσκηση. x y = +. = και για κάθε (, ) ( 0,0)

Λύσεις στο επαναληπτικό διαγώνισμα 3

ds ds ds = τ b k t (3)

ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 7: ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΘΕΩΡΗΜΑΤΟΣ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ

5 ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΔΥΟ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΙΙ, ΣΕΜΦΕ (1/7/ 2013) y x + y.

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ

ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Λογισμός ΙΙ. Χρήστος Θ. Αναστασίου Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Κεφάλαιο 1 Πρότυπα. Στο κεφάλαιο αυτό εισάγουμε την έννοια του προτύπου πάνω από δακτύλιο.

Τμήμα Μηχανικών Οικονομίας και Διοίκησης Εφαρμοσμένη Θεωρία Πινάκων. Quiz 3. Σύντομες Λύσεις

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ Παραδείγματα Στις Μερικές Παραγώγους Και τον Κανόνα Αλυσιδωτής Παραγώγισης

Κεφ. 7: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

,..., v n. W πεπερασμένα παραγόμενοι και dimv. Τα ακόλουθα είναι ισοδύναμα f είναι ισομορφιμός. f είναι 1-1. f είναι επί.

Author : Πιθανώς έχει κάποιο λάθος Supervisor : Πιθανώς έχει καποιο λάθος.

Μηχανολογικό Σχέδιο με τη Βοήθεια Υπολογιστή. Αφφινικοί Μετασχηματισμοί Αναπαράσταση Γεωμετρικών Μορφών

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ 18/11/2011 ΚΕΦ. 9

Ιόνιο Πανεπιστήμιο - Τμήμα Πληροφορικής

ΣΕΙΡΕΣ TAYLOR. Στην Ενότητα αυτή θα ασχοληθούµε µε την προσέγγιση συναρτήσεων µέσω πολυωνύµων. Πολυώνυµο είναι κάθε συνάρτηση της µορφής:

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Ασκήσεις3 Διαγωνίσιμες Γραμμικές Απεικονίσεις

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Πρόοδος 18/4/2018 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Transcript:

8 Κανόνας της αλυσίδας Από τον Απειροστικό Λογισμό για συναρτήσεις μιας μεταβλητής γνωρίζουμε ότι: Αν g : I R R και f : J R R είναι συναρτήσεις ( όπου I, J ανοικτά διαστήματα ώστε, g( τότε η : I g I J I, g διαφορίσιμη στο και f διαφορίσιμη στο R είναι διαφορίσιμη στο και ισχύει ο κανόνας αλυσίδας, ( ( f ( g( g ( = ( Αν οι f και g είναι διαφορίσιμες στα πεδία ορισμού τους τότε γράφουμε, Θέτοντας y = g( x και z f g( x x = f g x g x, x I ( = μπορούμε να γράψουμε τον τύπο ( ως εξής: dz dz dy = ( dx dy dx Έστω ότι δίνεται μια πραγματική συνάρτηση τριών μεταβλητών x, y και z, που γράφεται ως ω = f ( x, y, z και κάθε μια από τις, πραγματικής μεταβλητής t, x= x( t, y = y( t και z z( t εκφράσουμε το ω ως συνάρτηση του t ως εξής: ω = f x( t, y( t, z( t x y και z είναι συνάρτηση της =, τότε μπορούμε να Στην περίπτωση αυτή ο κανόνας της αλυσίδας γίνεται ( με τις κατάλληλες υποθέσεις διαφορισιμότητας για τις εμπλεκόμενες συναρτήσεις dω dx dy dz = + + dt dt dt dt Ο σκοπός μας είναι να εξηγήσουμε τέτοιους τύπους λεπτομερώς Καθόσον αφορά διανυσματικές συναρτήσεις παρατηρούμε ότι υπάρχουν δύο ισοδύναμες διατυπώσεις του κανόνας της αλυσίδας Η μία διατύπωση αφορά σύνθεση συναρτήσεων ( των διαφορικών των εμπλεκομένων συναρτήσεων και η άλλη γινόμενο πινάκων Εφόσον στην έννοια του διαφορικού που είναι μια γραμμική συνάρτηση Τ : R R αντιστοιχεί ένας πίνακας Α= ( Τ j( ei, i, j, όπου Τ= ( Τ,, Τ Υπενθυμίζουμε πριν διατυπώσουμε το γενικό θεώρημα, τα ακόλουθα Αν : Τ R R και : p Τ R R είναι γραμμικές απεικονίσεις, Τ=ΤoΤ η σύνθεσή τους και Α, Β,, C οι πίνακες που αντιστοιχούν στις Τ, Τ και Τ τότε, C =Β Α ( γινόμενο πινάκων Αν f : U R R διαφορίσιμη συνάρτηση στο U το διάνυσμα f ( = (,, ( ονομάζεται κλίση της f στο ( Δηλαδή στην περίπτωση πραγματικής συνάρτησης ονομάζουμε τον πίνακα Jcobi της f κλίση της f Αν g : Ι R R, όπου Ι τότε, αν h R Ι R ανοικτό διάστημα, είναι διαφορίσιμη στο και g ( g g =,,, ισχύει

8 (,, ( g h g h Dg( ( h = Dg ( h,, Dg( h =,, h g ( g ( = Στην περίπτωση αυτή ο πίνακας Jcobi της g στο είναι το διάνυσμα στήλη, g g ( ( (,, Γράφουμε τότε, g ( g ( g ( =, (Πρβλ, Ορισμό 54, Παρατ 5 6 Θεώρημα ( κανόνας της αλυσίδας Έστω U R και V R ανοικτά p σύνολα Έστω ακόμη g : U R R και f : V R R συναρτήσεις ώστε g( U V και U ώστε η g διαφορίσιμη στο και η f διαφορίσιμη στο g( Τότε η είναι διαφορίσιμη στο και D = Df g odg ( σύνθεση συναρτήσεων Ισοδύναμα για τους πίνακες Jcobi έχουμε: J = J ( J f g g( ( πολλαπλασιασμός πινάκων Ο πρώτος πίνακας είναι p ο δεύτερος p πίνακας και ο τρίτος πίνακας Απόδειξη: Θα δώσουμε προς το παρόν μια απόδειξη αυτού του σημαντικού αποτελέσματος με την επιπλέον υπόθεση ότι οι μερικές παράγωγοι της f υπάρχουν σε μια περιοχή του g( και είναι συνεχείς στο g Η ακόλουθη ειδική περίπτωση του θεωρήματος μας δίνει εύκολα και το γενικό αποτέλεσμα: (Ι Έστω =, = και p =, δηλαδή g : U R R και f : V R R ( Όπου το U θεωρείται τώρα ανοικτό διάστημα του R g t x t, y t, z t h= h t = f x t, y t, z t Έστω = και dh dx dy dz Τότε = + + (0 dt dt dt dt Ακριβέστερα: dh f ( dx f ( dy = g + g ( + f ( g( dz ( dt dt dt dt dh ( Παρατηρούμε ότι: ( = f ( g ( g ( είναι εσωτερικό γινόμενο dt dx dy dz διανυσμάτων όπου, g ( = ( x (, y (, z ( = (, (, ( dt dt dt ή ακόμη, dh ( = J f ( g( J g( γινόμενο του πίνακα γραμμή J dt = f f g ( g( και του x ( πίνακα στήλη J g = y ( z (

84 Απόδειξη της (Ι Η συνάρτηση h είναι βέβαια πραγματική συνάρτηση g f πραγματικής μεταβλητής ( U R R V R g U V 4444444444 και h= h( dh h t Από τον ορισμό της παραγώγου έχουμε: ( = li dt t Προσθέτοντας και αφαιρώντας δύο όρους γράφουμε, ( για t με t U h( t h( = f ( x( t, y( t, z( t f ( x(, y(, z( = (,,,, f x t y t z t f x y t z t = + f ( x(, y( t, z( t f ( x(, y(, z( t + f ( x(, y(, z( t f ( x(, y(, z( ( Εφαρμόζουμε τώρα το θεώρημα μέσης τιμής του Διαφορικού Λογισμού στις συναρτήσεις: ( για δεδομένο t U με t x f x, y t, z t, c t (α στο διάστημα με άκρα x( t x( και βρίσκουμε ανάμεσα στα x( t και x( (,, (,, = ( c ( t, y( t, z( t ( x( t x( f x t y t z t f x y t z t ώστε (β y f x(, y, z( t στο διάστημα με άκρα y( t και y( και βρίσκουμε c( t ανάμεσα στα y( t και y( ώστε f ( x(, y( t, z( t f x(, y(, z( t = x, c t, z t y t y ( ( (γ z f ( x(, y(, z στο διάστημα με άκρα z( t και c( t ανάμεσα στα z( t και z( ώστε z και βρίσκουμε f ( x(, y(, z( t f ( x(, y(, z( = ( x(, y(, c( t ( z( t z( Έτσι η ( ξαναγράφεται ως εξής : h( t h( x( t x( = ( c ( t, y( t, z( t + y( t y( z( t z( ( x(, c( t, z( t + ( x(, y(, c( t ( Λαμβάνουμε τώρα το όριο της ( καθώς το t Παρατηρούμε ότι τότε, x t x, y t y z t z ( οι x, y, z είναι συνεχείς στο t t, t αφού είναι διαφορίσιμες εκεί, συνεπώς, c ( t x(, c ( t y( t t

85 και c ( t z( t Έπεται από την συνέχεια των μερικών παραγώγων,, στο σημείο g( ότι ισχύει ο ζητούμενος τύπος (0 Παρατηρούμε τώρα ότι ο τύπος (0 γενικεύεται εύκολα στην περίπτωση των μεταβλητών, δηλαδή =, και p = ( g : U R R και f : V R R Έστω λοιπόν g( t x ( t,, x( t ( x x R = και f συνάρτηση των μεταβλητών,, Τότε εντελώς ανάλογα ( χρησιμοποιώντας ένα τηλεσκοπικό άθροισμα αποδεικνύεται ότι αν h=, h( t = f x ( t,, x( t, τότε, ( dh dx = dt x dt i ( οι παράγωγοι υπολογίζονται στο U i= i ( g( U (ΙΙ Έστω g : U R R και f : V R R V και h = Δηλαδή η f είναι πραγματική συνάρτηση και η g διανυσματική συνάρτηση διανυσματικής μεταβλητής Αν g ( y,, y = και h= τότε ( h x,, x = f g x,, x = f y x,, x,, y x,, x Έστω i, τότε θεωρούμε την h ως συνάρτηση της πραγματικής μεταβλητής x i και αναγόμαστε στην περίπτωση (Ι Ακριβέστερα θεωρούμε την συνάρτηση t f y,,, t,,,,, y,,, t,,, και από τον τύπο ( ( ( i i+ ( i i+ λαμβάνουμε, h k =, i (4 i k= k i h k Με περισσότερη ακρίβεια ισχύει ότι: ( = ( g( (, i (5 i k= k i Ο (4 ή ο (5 προκύπτει και με πολλαπλασιασμό των αντίστοιχων πινάκων Jcobi: K (, h h J = J J R ή,,,, h f g g = M O M L Για να κατανοήσουμε καλύτερα την περίπτωση ΙΙ, ας θεωρήσουμε ένα πιο συγκεκριμένο παράδειγμα Έστω f : R R και g : R R C συναρτήσεις, θεωρούμε την σύνθεση h= των f και g Αν g ( u, v, ω h( x, y, z = f ( g( x, y, z = f u( x, y, z, v( x, y, z, ω ( x, y, z Με εφαρμογή του κανόνα της αλυσίδας έχουμε ότι: h u v ω = + + u v ω h u v ω = + + u v ω h u v ω = + + u v ω Πράγματι, από τον κανόνα της αλυσίδας έχουμε ότι = τότε, ( 6

86 J = J J, R f ( g( g( h u u u h h h v v v ή,, =,, u v ω ω ω ω Με πολλαπλασιασμό των πινάκων βρίσκουμε τους τύπους (6 Μπορούμε τώρα να αποδείξουμε την p Γενική περίπτωση: Έστω g : U R R και f : V R R ( g( U V και h= Αν g = ( y,, y, f = ( f,, f p και h= ( h,, hp τότε βέβαια = (,, = (,, = (,,,, (,, h f og h x x f g x x j j j j j =,,, p g j 4444444444 R U V R R, j p hj= f jog Αν j p και i τότε θεωρώντας την f ( f y x x y x x όπου j h j ως συνάρτηση της πραγματικής μεταβλητής x i, δηλαδή αναγόμενοι στην περίπτωση ΙΙ, θα έχουμε από τον τύπο (4 ότι, h j j k =, j p, i (και από τον τύπο (5 ότι, i k= k i h j j k ( = ( g( (, j p, i i k= k i Ο τελευταίος αυτός τύπος είναι ισοδύναμος με τον τύπο που εμφανίζεται στην διατύπωση του θεωρήματος αν εκτελέσουμε τους πολλαπλασιασμούς των πινάκων Jcobi Σημείωση Καθώς η περίπτωση ( Ι του Θεωρ 6 είναι ιδιαίτερα σημαντική h ( = f ( g( g, είναι καλό να την απομνημονεύσουμε ως εξής: όπου U, g ( = x ( x ( και h= f o g (,, Απόδειξη του κανόνα της αλυσίδας χωρίς την υπόθεση της συνέχειας των μερικών παραγώγων 6 Θεώρημα ( κανόνας της αλυσίδας Έστω U R και V R ανοικτά p σύνολα Έστω ακόμη g : U V και f : V R συναρτήσεις και U ώστε η g είναι διαφορίσιμη στο και η f διαφορίσιμη στο g( Τότε η είναι διαφορίσιμη στο και D( ( = Df ( g( odg( Απόδειξη Θέτουμε για λόγους απλοποίησης του συμβολισμού- Α= Dg(, Df g( Α αντί Α ( h και Β κ αντί Β ( κ, όπου h R και Β = και γράφουμε h κ R Από τον ορισμό του διαφορικού συνάρτησης έχουμε: g h g h ε h h f g + κ = f g +Β κ + ε κ κ, ( + = +Α + και (

87 όπου li ε ( h = 0 και ε ( κ h 0 li = 0 Επίσης υπενθυμίζουμε ότι, αφού οι Α και Β κ 0 είναι γραμμικές απεικονίσεις και άρα Lipschitz, υπάρχουν σταθερές c > 0 και c > 0 ώστε Αh c h, h R και Βκ c κ, κ R Έπεται από τις παραπάνω + h = f g + h = f g +Α h+ h h 4444, άρα, κ κ = Α h+ ε h h, έχουμε ισότητες ότι, ( ε θέτοντας ( ( + h = f ( g( +Β Α h+ ε( h h 4444 + κ ε Α h+ ε( h h Α h+ ε( h h = ( +ΒΑ h+ η( h h όπου, 4444 4444 κ κ 44444 44444444 η η η η( h η ε ε ε h ( h = ( h + ( h, η( h ε( h ( h h = ( Α h+ ( h h Α h+ ( h h Αυτό που απομένει είναι να αποδείξουμε ότι ( h η( h = η ( h + η ( h τείνουν στο 0 καθώς το 0 =Β και η και η και συνεπώς h h ( Διότι τότε το διαφορικό της στο θα ισούται με ΒΑ, δηλαδή έχουμε την ζητούμενη ισότητα Παρατηρούμε ότι, η ( h c ε ( h καθώς το h 0 Επίσης παρατηρούμε 0 ότι, η h h = ε Α h+ ε h h Α h+ ε h h ( ( Α h+ ( h h ( Α h + ( h h ε ( ε ε η h ε ( h ε h h c ε( h 0 ε ε ε Επομένως θα έχουμε ότι h 0 και έτσι η απόδειξή μας είναι πλήρης Α h+ h h c + h h Α + + καθώς το Σημείωση Ο κανόνας της αλυσίδας έχει μεγάλη ( όπως γνωρίζουμε από το Λογισμό της μίας μεταβλητής πρακτική αλλά και θεωρητική σημασία Όπως θα διαπιστώσουμε στη συνέχεια ερμηνεύει την κλίση f μιας διαφορίσιμης συνάρτησης ( Θεωρ 0 και έχει πολλές άλλες εφαρμογές (Πρβλ Θεώρ μέσης τιμής 7, ανάπτυγμα Tylor, Θεωρ Πεπλεγμένης συνάρτησης κλπ Εφαρμογές και παραδείγματα πάνω στον κανόνα αλυσίδας f x, y διαφορίσιμη συνάρτηση των x και y, και έστω Έστω x x( t, y y( t κανόνας αλυσίδας μας λέει ότι η z f x( t, y( t = = διαφορίσιμες συναρτήσεις της πραγματικής μεταβλητής t Τότε ο t και = είναι διαφορίσιμη συνάρτηση του dz f dx dy = + dt dt dt (

88 Έστω z = x + xy, όπου x= cosθ και y = siθ Να βρεθεί η dz με τον κανόνα dθ της αλυσίδας z z Λύση: = ( x + xy ( x + y και = ( x + xy ( x dx dy Επίσης = siθ και = cosθ Από τον τύπο ( έχουμε, dθ dθ dz z dx dy = + = ( ( ( si dθ dθ dθ x xy + x + y θ + x xy x θ π +, ( 0< θ < + ( + ( ( cos = ( x xy ( x cosθ xsiθ y siθ Ένας ορθός κυκλικός κύλινδρος μεταβάλλεται σε τρόπο ώστε η ακτίνα της βάσης του r αυξάνει με ρυθμό c / i και το ύψος του h μειώνεται με ρυθμό 5 c / i Με τι ρυθμό μεταβάλλεται ο όγκος του κυλίνδρου την χρονική στιγμή κατά την οποία r = 0c και h= 8c ; Λύση Ο όγκος του κυλίνδρου δίνεται από τον τύπο V = π r h και δίδεται ότι dr dt = και dh = dt 5 V V Έχουμε ότι = π rh και = π r Από τον κανόνα r h αλυσίδας, ( δηλαδή εφαρμόζοντας την ( υπολογίζουμε dv V dr V dh = + = π rh( + π r ( 5 Επομένως, την χρονική στιγμή κατά dt r dt h dt την οποία r = 0c και h= 8c έχουμε dv c = π (0(8( + π ( 0 ( 5 = 0 π ίσο περίπου 6,8 dt i c Επομένως ο όγκος μειώνεται με ρυθμό περίπου 6,8 i Έστω y : I R R διαφορίσιμη συνάρτηση της μεταβλητής x ( I ανοικτό διάστημα του R Υποθέτουμε ότι, si cos x+ y + x y = y Να υπολογιστεί η dy dx Λύση Από την υπόθεσή μας έχουμε ότι si x+ y x + cos x y x = y x, x I ( ( Θέτουμε F( x, y = si( x+ y + cos( x y y, επομένως F x y( x F x I Έπεται ότι = cos( x+ y si( x y F = cos( x+ y si( x y( = cos( x+ y + si( x y Από τον κανόνα αλυσίδας ( τύπος ( υπολογίζουμε,, = 0 για κάθε

89 df F dx F dy F F dy 0= = + = ( + dx dx dx dx F dy x cos( x+ y si( x y = = dx F cos( x+ y + si( x y ( υποθέτοντας ότι ( x y ( x y cos + + si 0 Από τον κανόνα αλυσίδας έπεται ότι: Αν z f ( x, y συνάρτηση στο ανοικτό σύνολο V R και x x( u, v, y y( u, v συναρτήσεις των μεταβλητών ( u, v U (U ανοικτό στο ( x( u, v, y( u, v V για κάθε ( u, v U z = f x( u, v, y( u, v είναι διαφορίσιμη στο U και = είναι διαφορίσιμη = = διαφορίσιμες R ώστε, τότε η σύνθετη συνάρτηση,, = + και = + u u u v v v ( 4Έστω z = 4x y, όπου x= uv και y = u v Να υπολογιστούν οι και u v με χρήση του κανόνα αλυσίδας Λύση Υπολογίζουμε πρώτα τις μερικές παραγώγους = 4, = y, = v, = u v και = uv, = u u u v v Επομένως, από τους τύπους ( έχουμε: = + u u u = 4 v + ( y( u v 5 = 4v 6u v και 6 = + = 4( uv + ( y( u = 8uv u v v v v Φυσικά οι και μπορούν να υπολογιστούν ευκολότερα αν εκφράσουμε την u v z = 4x y ως συνάρτηση των uκαι v αντικαθιστώντας τα x και y με τις ποσότητες uv και u v αντίστοιχα 5Έστω ( g x, y = x +, y και f ( u, v ( u v, u, v J Να υπολογιστεί ο πίνακας Jcobi, (, = + Λύση Είναι βέβαια σαφές ότι οι f και g είναι συνεχώς διαφορίσιμες στο g f Από τον κανόνα αλυσίδας έχουμε ότι ( 444444 R R R f g( J = J J, R g x 0 Υπολογίζουμε, J (, = 0, f u v J g( x, y = 0 y 0 v R

90 Έτσι, για (,, g(, (, = =, συνεπώς 0 J (, = J (, J (, = 0 0 f g 0 = 0 0 4 6Έστω f : R R, C συνάρτηση Κάνουμε την αντικατάσταση x = r cos θ, y = r siθ ( πολικές συντεταγμένες Να υπολογισθεί η θ g : 0, + 0, π R : g r, θ = r cos θ, r siθ όπου, Λύση Έστω [ r = x + y και θ [ 0,π ώστε x = r cosθ και y = r siθ Θέτουμε h=, συνεπώς h( r, θ = f ( g( r, θ = f ( r cos θ, r siθ για ( r, θ ( 0, + [ 0, π Η συνάρτηση h είναι συνεχώς διαφορίσιμη στο ( 0, + ( 0, π Ουσιαστικά πρέπει h να υπολογίσουμε την Από τον κανόνα της αλυσίδας έχουμε: θ h = + = r siθ + r cosθ θ θ θ Ασκήσεις Μία συνάρτηση f : R R ονομάζεται ομογενής βαθμού N, αν f tx = t f x για κάθε x R και για κάθε t και διαφορίσιμη τότε ισχύει ότι, x f ( x = f ( x για κάθε R Αν η f είναι ομογενής βαθμού x R [ Αυτό είναι το θεώρημα του Euler για ομογενείς συναρτήσεις Για την απόδειξη σταθεροποιείστε ένα x R g t f tx g ] και θέσατε = και υπολογίστε την Προσπαθήστε να σκεφθείτε για το αντίστροφο του παραπάνω αποτελέσματος Έστω f, g : R R συναρτήσεις της κλάσης F x, y = f x+ g y x, y για κάθε C Θέτουμε R Βρείτε τύπους για τις μερικές παραγώγους της F πρώτης και δεύτερης τάξης συναρτήσει των παραγώγων των f και g Επίσης αποδείξτε ότι: F F F F = ( Συμβουλευθείτε και την παράγραφο για τις παραγώγους ανώτερης τάξης Έστω f : R R g : R R : g x, y, z = x + y + z Αν h διαφορίσιμη και =, δείξτε ότι h( x, y, z 4 g( x, y, z f ( g( x, y, z =