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Derivada de un producto derivada de un cociente de funciones teorema: no entiendo su prueba

Estoy estudiando para el examen de matemáticas y una de las preguntas que aparece a menudo es relativa a la derivada de un producto de dos funciones.

El teorema dice que el $(f(x)g(x))'=f'(x)g(x)+f(x)g'(x)$.

La prueba va como esto: $f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x)=(f(x+h)-f(x))g(x)+(g(x+h)-g(x))f(x)$

Después de que dividimos la ecuación por h y dejar que h se aproxima a 0.

Ahora lo que no entiendo es cómo consiguió el lado derecho de la prueba.

Mismo problema con el cociente:

El teorema dice: $\left(\frac{f(x)} {g(x)}\right)'=\frac{f'(x)g(x)-f(x)g'(x)} {g^2(x)}$

El de arriba viene de $\frac {f(x+h)} {g(x+h)} - \frac {f(x)} {g(x)} = \frac{(f(x+h)-f(x))g(x)-(g(x+6h)-g(x))f(x)} {g(x+h)g(x)}$

Puedo ver desde donde $f(x+h)g(x)$ viene, pero no puedo ver de donde $f(x)g(x)$ vino.

5voto

Esta respuesta es muy similar a la de los demás, pero espero que el énfasis está lo suficientemente diferentes para ser vale la pena publicar.

Fijar un número $x$. La definición de la derivada de $f$ es que $$f'(x)=\lim_{h\to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}.$$ Vamos a reescribir esto como $$f'(x)=\lim_{h\to 0}F(h)$$ donde definimos $$F(h)=\frac{f(x+h)-f(x)}{h}$$ para $h\ne0$. Podemos reescribir esta definición como $$f(x+h)=f(x)+hF(h).$$ Por la misma razón, $$g(x+h)=g(x)+hG(h)$$ donde $$G(h)=\frac{g(x+h)-g(x)}{h}$$ y también $$g'(x)=\lim_{h\to 0}G(h).$$

Ahora tenemos que investigar la derivada de $f(x)g(x)$. Ahora, por definición, este es $$\lim_{h\to0}\frac{f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x)}{h}.$$ La manipulación de este cociente da $$\frac{f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x)}{h}=\frac{(f(x)+hF(h))(g(x)+hG(h))-f(x)g(x)}{h}$$ $$=\frac{hf(x)G(h)+hF(h)g(x)+h^2F(h)G(h)}{h}=f(x)G(h)+F(h)g(x)+hF(h)G(h).$$ Ahora esto proporciona el "álgebra de límites": el uso de $\lim_{h\to 0}F(h)=f'(x)$ y $\lim_{h\to 0}G(h)=g'(x)$ tenemos $$\lim_{h\to0}\frac{f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x)}{h}=f(x)g'(x)+f'(x)g(x)+0f'(x)g'(x)$$ que se simplifica a $f(x)g'(x)+f'(x)g(x)$ que es exactamente lo que usted desea.

En realidad, este argumento es el mismo que el original, pero expresó en una más de los peatones, sin astucia sleights de la mano. Como seguimiento de un buen ejercicio es obtener el cociente de la regla en una manera similar.

4voto

Bryan Roth Puntos 3592

El siguiente es un intento de una interpolación entre?) las respuestas de Grigory M., Pierre-Yves Gaillard y Bill Dubuque (la última de la que confieso que no comprendo, pero esta es una posible interpretación de la misma).

Deje $J$ ser un intervalo abierto en $\mathbb{R}$, y deje $x_0 \in J$. Siguiente PYG sugerencia, permítanme comenzar diciendo exactamente lo voy a demostrar: si $f,g: J \rightarrow \mathbb{R}$ son diferenciables en a $x_0$, entonces también lo es su producto, y

$(fg)'(x_0) = f'(x_0)g(x_0) + f(x_0) g'(x_0)$.

Voy a probar este "congruentially", de la siguiente manera:

deje $R$ ser el anillo de todas las funciones $f: J \rightarrow \mathbb{R}$ que son continuas en $x_0$, en virtud de las operaciones de pointwise la adición y la multiplicación. Dentro de $R$, considerar el conjunto $I$ de todas las funciones $f$ tal que

$\lim_{x \rightarrow x_0} \frac{f(x)}{x-x_0} = 0$.

Yo reclamo que $I$ es un ideal de a $R$. Esto es fácil de demostrar, pero tomo nota de que se hace uso el hecho de que cada elemento de a $R$ es continua en a $x_0$, por lo tanto limitada cerca de $x_0$. Ahora:

1) Para $f \in R$, $f$ se encuentra en $I$ fib: $f(x_0) = 0$, $f$ es diferenciable en a$x_0$$f'(x_0) = 0$.

2) Para $f \in R$, $f$ es diferenciable en a $x_0$ fib existe $A \in \mathbb{R}$ tal que $f \equiv f(x_0) + A(x-x_0)$. Si es así, entonces, necesariamente,$A = f'(x_0)$; en particular, está determinada únicamente.

3) por Lo tanto, si $f$ $g$ son tanto diferenciable en a $x_0$, luego

$fg \equiv (f(x_0) + f'(x_0)(x-x_0))(g(x_0) + g'(x_0)(x-x_0))$

$\equiv f(x_0)g(x_0) + (f'(x_0)g(x_0) + f(x_0)g'(x_0))(x-x_0) + f'(x_0)g'(x_0)(x-x_0)^2$

$\equiv f(x_0)g(x_0) + (f'(x_0)g(x_0) + f(x_0)g'(x_0))(x-x_0) \pmod I$.

Utilizando 2), se desprende que $fg$ es diferenciable en a $x_0$ y

$(fg)'(x_0) = f'(x_0)g(x_0) + f(x_0)g'(x_0)$.

3voto

codemac Puntos 689

Aquí es una respuesta basada en la Carathéodory la formulación de la diferenciabilidad. Deje $a\in A\subset\mathbb R$$f:A\to\mathbb R$. Asumir que hay una secuencia en la $A\setminus\{a\}$ convergentes a $a$. A continuación, hay una función de $\varphi:A\to\mathbb R$ que es continua en a $a$ y satisface $$f(x)=f(a)+(x-a)\ \varphi(x)$$ for all $x$ in $$. If such a $\varphi$ exists, we say that $f$ is differentiable at $$, and we put $f'(a):=\varphi(una)$.

Es fácil ver que esta definición es equivalente a la usual, y, con ella, es fácil comprobar que el producto de dos funciones diferenciables en $a$ es diferenciable en a $a$ y satisface la famosa fórmula para la derivada de un producto. (Lo mismo para la Regla de la Cadena.)

Ver "La Derivada a la Carathéodory", Stephen Kuhn, La American Mathematical Monthly, Vol. 98, Nº 1 (Ene., 1991), pp 40-44: http://www.jstor.org/pss/2324035 o http://www.mediafire.com/?xyl23spk3ui0cga

2voto

Andrew Puntos 140

Voy a dejar que alguien más cuide de la prueba de la fórmula del producto; el coeficiente de la fórmula de la siguiente manera a partir de la aplicación de la fórmula del producto y la regla de la cadena.

Ahora, recuerde que usted puede expresar $\frac{f(x)}{g(x)}$$f(x)\cdot\left(\frac1{g(x)}\right)$. Ahora puede aplicar la fórmula del producto de la siguiente manera:

$\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\frac{f(x)}{g(x)}=\left(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} f(x)\right)\left(\frac1{g(x)}\right)+f(x)\left(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\frac1{g(x)}\right)$

La izquierda sumando es fácilmente simplificado:

$\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\frac{f(x)}{g(x)}=\frac{f^{\prime}(x)}{g(x)}+f(x)\left(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\frac1{g(x)}\right)$

el derecho sumando requiere la regla de la cadena:

$\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\frac{f(x)}{g(x)}=\frac{f^{\prime}(x)}{g(x)}+f(x)\left(-\frac1{g(x)^2}\right)\left(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}g(x)\right)$

y la fórmula de la siguiente manera a partir de ahí.

Si usted va a hacer la prueba usando límites, sólo hay que aplicar las medidas que tomó en demostrar que el producto de la regla, con los términos que se $f(x)$ $\frac1{g(x)}$

2voto

Michael Haren Puntos 141

Como por AndrejaKo comentario, estoy publicando mi comentario como respuesta. Tenga en cuenta que existen muy interesante y útil respuestas a esta pregunta que motiva la fórmula para la derivada de un producto: mi respuesta es simplemente una explicación técnica de un error tipográfico en el argumento proporcionada en la pregunta.

Se debe añadir y restar la cantidad de $f(x)g(x+h)$ desde el lado izquierdo de la ecuación (y de la igualdad que usted escribió es, de hecho, incorrecto). Una vez que recojas términos adecuadamente, todo debe estar claro!

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