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गणित · शब्दावली

अवकलज क्या है?

परिभाषा 14.1 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 1 · अध्याय 14 — अवकलन

f ⁣:IRf \colon I \to \R x0Ix_0 \in I पर अवकलनीय तब है जब xx0x \to x_0 होने पर अंतर-भागफल f(x)f(x0)xx0\frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} की कोई (परिमित) सीमा हो; उस सीमा को f(x0)f'(x_0) लिखा जाता है। समतुल्य रूप से:

f(x0+h)=f(x0)+f(x0)h+hε(h),ε(h)h00,f(x_0 + h) = f(x_0) + f'(x_0)\,h + h\,\varepsilon(h), \qquad \varepsilon(h) \xrightarrow[h \to 0]{} 0 ,

और तब आलेख स्पर्श रेखा y=f(x0)+f(x0)(xx0)y = f(x_0) + f'(x_0)(x - x_0) स्वीकार करता है। x0x_0 पर अवकलनीयता से x0x_0 पर सांतत्य आती है (ऊपर का प्रदर्शन पढ़िए)। ff II पर अवकलनीय तब है जब वह हर बिंदु पर हो; ff C1C^1 वर्ग का तब है जब इसके अतिरिक्त ff' संतत हो, और CkC^k वर्ग का तब जब ff को kk बार अवकलित किया जा सके और f(k)f^{(k)} संतत हो।

उदाहरण

उदाहरण 14.2

अवकलनीय \Rightarrow संतत” का विलोम विफल है: 00 पर \abs{\,\cdot\,}। और अधिक आश्चर्यजनक बात यह कि अवकलनीय होने से C1C^1 होना नहीं आता: फलन f(x)=x2sin1xf(x) = x^2 \sin\frac 1x (f(0)=0f(0) = 0) सर्वत्र अवकलनीय है, जहाँ f(0)=0f'(0) = 0, पर f(x)=2xsin1xcos1xf'(x) = 2x \sin\frac1x - \cos\frac 1x की 00 पर कोई सीमा नहीं (अभ्यास 14.2)।

उदाहरण 14.3 (ठीक एक ही बिंदु पर अवकलनीय)

मान लीजिए xQx \in \Q के लिए f(x)=x2f(x) = x^2 और xQx \notin \Q के लिए f(x)=0f(x) = 000 पर: f(h)0hh0\bigl|\frac{f(h) - 0}{h}\bigr| \leq \abs h \to 0, अतः ff 00 पर अवकलनीय है और f(0)=0f'(0) = 0। किसी भी x00x_0 \neq 0 पर ff संतत तक नहीं है: x0x_0 की ओर अभिसरित होते परिमेय और अपरिमेय अनुक्रम ff को क्रमशः x020x_0^2 \neq 0 और 00 पर भेजते हैं (सघनता, प्रमेय 10.14)। अतः अवकलनीयता सचमुच बिंदुवार धारणा है: वह R\R के एक बिंदु पर सत्य हो सकती है और अन्यत्र कहीं नहीं। व्यवहार के लिए उपदेश: एकदिष्टता कसौटी या रोल जैसे कथनों को अवकलज किसी अंतराल पर चाहिए — वियुक्त बिंदुओं पर, चाहे कितने ही हों, f(x0)f'(x_0) का होना किसी भी समग्र निष्कर्ष का आधार नहीं बनता।

उदाहरण 14.6 (प्रतिलोम अवकलज, दो बार)

यह प्रमेय चिरपरिचित अवकलजों को बिना किसी सीमा-कार्य के फिर से संगणित कर देती है। ln=exp1\ln = \exp^{-1} के लिए: y=exy = \eu^x पर,

(ln)(y)=1exp(x)=1ex=1y,(\ln)'(y) = \frac{1}{\exp'(x)} = \frac{1}{\eu^{x}} = \frac1y ,

जो प्रत्येक y>0y > 0 के लिए वैध है, क्योंकि exp=exp\exp' = \exp कभी लुप्त नहीं होता। arctan=tan1\arctan = \tan^{-1} के लिए: y=tanxy = \tan x पर,

(arctan)(y)=11+tan2x=11+y2,(\arctan)'(y) = \frac{1}{1 + \tan^2 x} = \frac{1}{1 + y^2} ,

जहाँ tan=1+tan2>0\tan' = 1 + \tan^2 > 0 प्रयुक्त हुआ। समापन का सार: यह सूत्र किसी फलन के विषय में ज्ञान को उसके प्रतिलोम के विषय में ज्ञान में बदल देता है, और उसकी क़ीमत एक प्रतिस्थापन है — और वह प्रतिस्थापन (x=lnyx = \ln y, x=arctanyx = \arctan y) ठीक यही कथन है कि दोनों चर एकैकी आच्छादन के आमने-सामने के पक्षों पर रहते हैं।

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