فرمول لایب نیتس برای مشتق – به زبان ساده

سید سراج حمیدی
سید سراج حمیدی
۱۴۰۱/۰۹/۲۲
۱۲ دقیقه
۹۶۰۰
آموزش متنی جامع
در آموزش‌های قبلی از مجموعه آموزش‌های ریاضیات مجله فرادرس، مفاهیم مربوط به مشتق را بیان کردیم. در این آموز‌ش‌ها، مباحثی مانند مشتق ضمنی، مشتق جزئی و مشتق زنجیره‌ای بحث شد. همچنین، روش محاسبه مشتق مراتب بالاتر را برای توابع صریح، ضمنی و پارامتری با ارائه مثال‌های مختلف توضیح دادیم. در این آموزش، کاربرد «فرمول لایب نیتس» (Leibniz Formula) برای مشتقات مرتبه بالای ضرب دو تابع را با ارائه مثال‌های متنوع بیان خواهیم کرد.
فرمول لایب نیتس برای مشتق – به زبان ساده
997696

فرمول لایب نیتس

با استفاده از فرمول لایبنیتس، می‌توان مشتق مرتبه nnاُم ضرب دو تابع را به‌دست آورد. فرض کنید مشتق‌های توابع u(x)u(x) و v(x)v(x) تا مرتبه nn موجود باشند. مشتق زنجیره‌ای مرتبه اول ضرب این دو تابع، به‌صورت زیر تعریف می‌شود:

(uv)′=u’v+uv’.\large {\left( {uv} \right)^\prime } = u’v + uv’.

اگر یک بار دیگر از رابطه اخیر مشتق بگیریم، داریم:

(uv)′′=[(uv)′]′=(u’v+uv’)′=(u’v)′+(uv’)′=u′′v+u’v’+u’v’+uv′′=u′′v+2u’v’+uv′′.\large {{\left( {uv} \right) ^{\prime\prime}} = {\left[ {{{\left( {uv} \right)}^\prime }} \right] ^\prime } } = {{\left( {u ’v + uv ’} \right) ^\prime } } = {{\left( {u’v} \right) ^\prime } + {\left( {uv’} \right)^\prime } } \\ \large = {u^{\prime\prime}v + u’v’ + u’v’ + uv^{\prime\prime} }={ u^{\prime\prime}v + 2u’v’ + uv^{\prime\prime}.}

به همین ترتیب، مشتق مرتبه سوم ضرب uvuv برابر است با:

(uv)′′′=[(uv)′′]′=(u′′v+2u’v’+uv′′)′=(u′′v)′+(2u’v’)′+(uv′′)′=u′′′v+u′′v’+2u′′v’+2u’v′′+u’v′′+uv′′′=u′′′v+3u′′v’+3u’v′′+uv′′′.\large {{\left( {uv} \right) ^ { \prime\prime\prime } } = {\left[ {{ \left( {uv} \right) ^ { \prime\prime}}} \right] ^ \prime } } = {{\left( { u ^ {\prime\prime} v + 2 u ’ v ’ + u v ^ { \prime\prime } } \right) ^ \prime } } = {{\left( { u ^ {\prime\prime} v } \right) ^ \prime } + {\left( { 2 u ’ v ’ } \right) ^ \prime } + {\left( { u v ^ { \prime\prime}} \right) ^ \prime } } \\ \large = { u ^ {\prime\prime\prime} v + { u ^ {\prime\prime} v ’ } + { 2 u ^ { \prime\prime} v ’ } }+{ { 2 u ’ v ^ {\prime\prime}} + { u ’ v ^ {\prime\prime}} + u v ^ {\prime\prime\prime} } = { u ^ {\prime\prime\prime} v + { 3 u ^ {\prime\prime} v ’ } }+{ { 3 u ’ v ^ { \prime\prime}} + u v ^ { \prime\prime\prime } . }

به‌سادگی می‌توان مشاهده کرد که فرمول‌های مشتق مرتبه اول تا سوم، شبیه بسط دوجمله‌ای هستند. با فرض اینکه جملات با نمای صفر u0u^0 و v0v^0 متناظر با توابع uu و vv هستند، با فرمول عمومی زیر می‌توان مشتق مرتبه nnاُم ضرب توابع uvuv را نوشت:
$$ \large {\left( {uv} \right)^{\left( n \right)}} = {\sum\limits_{i = 0}^n {\left( {\begin{array}{*{20}{c}}<br /> n\\<br /> i<br /> \end{array}} \right){u^{\left( {n – i} \right)}}{v^{\left( i \right)}}} ,} $$

مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریع‌تر ببینید

بر اساس رای ۱۲ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر پرسشی درباره این مطلب دارید، آن را با ما مطرح کنید.
منابع:
Math24
PDF
مطالب مرتبط
نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *