トップページ > 記事の分類 > 数学論理 > 和分差分学 > 商の差分の証明
商の差分の証明です。

商の差分の証明

商の差分の証明です。

更新日:

前進差分

∆hf⁡(x)g⁡(x)∆hx=∆h(f⁡(x)⁢1g⁡(x))∆hx
=f⁡(x)⁢∆h1g⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢1g⁡(x)+h⁢∆hf⁡(x)∆hx⁢∆h1g⁡(x)∆hx
=f⁡(x)⁢(∆hg⁡(x)∆hx)(g⁡(x))2-h⁢∆hg⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)+∆hf⁡(x)∆hx⁢1g⁡(x)+h⁢∆hf⁡(x)∆hx⁢(∆hg⁡(x)∆hx)(g⁡(x))2-h⁢∆hg⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)
=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢(g⁡(x)-h⁢∆hg⁡(x)∆hx)+h⁢∆hf⁡(x)∆hx⁢∆hg⁡(x)∆hx(g⁡(x))2-h⁢∆hg⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)
=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)-h⁢∆hf⁡(x)∆hx⁢∆hg⁡(x)∆hx+h⁢∆hf⁡(x)∆hx⁢∆hg⁡(x)∆hx(g⁡(x))2-h⁢∆hg⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)
=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)(g⁡(x))2-h⁢∆hg⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)
よって
∆hf⁡(x)g⁡(x)∆hx=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)(g⁡(x))2-h⁢∆hg⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)

後退差分

∇hf⁡(x)g⁡(x)∇hx=∇h(f⁡(x)⁢1g⁡(x))∇hx
=f⁡(x)⁢∇h1g⁡(x)∇hx+∇hf⁡(x)∇hx⁢1g⁡(x)-h⁢∇hf⁡(x)∇hx⁢∇h1g⁡(x)∇hx
=f⁡(x)⁢(∇hg⁡(x)∇hx)h⁢∇hg⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-(g⁡(x))2+∇hf⁡(x)∇hx⁢1g⁡(x)-h⁢∇hf⁡(x)∇hx⁢(∇hg⁡(x)∇hx)h⁢∇hg⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-(g⁡(x))2
=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx+∇hf⁡(x)∇hx⁢(h⁢∇hg⁡(x)∇hx-g⁡(x))-h⁢∇hf⁡(x)∇hx⁢∇hg⁡(x)∇hxh⁢∇hg⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-(g⁡(x))2
=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx-∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)+h⁢∇hf⁡(x)∇hx⁢∇hg⁡(x)∇hx-h⁢∇hf⁡(x)∇hx⁢∇hg⁡(x)∇hxh⁢∇hg⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-(g⁡(x))2
=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx-∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)h⁢∇hg⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-(g⁡(x))2
よって
∇hf⁡(x)g⁡(x)∇hx=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx-∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)h⁢∇hg⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-(g⁡(x))2

中心差分

Mx⁡1g⁡(x)=1g⁡(x+h2)+1g⁡(x-h2)2
=g⁡(x-h2)+g⁡(x+h2)2⁢g⁡(x+h2)⁢g⁡(x-h2)
=Mx⁡g⁡(x)g⁡(x+h2)⁢g⁡(x-h2)
=Mx⁡g⁡(x)(Mx⁡g⁡(x))2-(h2⁢δhg⁡(x)δhx)2
=-Mx⁡g⁡(x)(h2⁢δhg⁡(x)δhx)2-(Mxg⁡(x))2…①

δhf⁡(x)g⁡(x)δhx=δh(f⁡(x)⁢1g⁡(x))δhx
=δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡1g⁡(x)+Mx⁡f⁡(x)⁢δh1g⁡(x)δhx
=Mx⁡f⁡(x)⁢(δhg⁡(x)δhx)(h2⁢δhg⁡(x)δhx)2-(Mx⁡g⁡(x))2-δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)(h2⁢δhg⁡(x)δhx)2-(Mx⁡g⁡(x))2
=Mx⁡f⁡(x)⁢δhg⁡(x)δhx-δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)(h2⁢δhg⁡(x)δhx)2-(Mx⁡g⁡(x))2
よって
δhf⁡(x)g⁡(x)δhx=Mx⁡f⁡(x)⁢δhg⁡(x)δhx-δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)(h2⁢δhg⁡(x)δhx)2-(Mx⁡g⁡(x))2

完成した公式

∆hf⁡(x)g⁡(x)∆hx=f⁡(x)⁢∆hg⁡(x)∆hx+∆hf⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)(g⁡(x))2-h⁢∆hg⁡(x)∆hx⁢g⁡(x)
∇hf⁡(x)g⁡(x)∇hx=f⁡(x)⁢∇hg⁡(x)∇hx-∇hf⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)h⁢∇hg⁡(x)∇hx⁢g⁡(x)-(g⁡(x))2
δhf⁡(x)g⁡(x)δhx=Mx⁡f⁡(x)⁢δhg⁡(x)δhx-δhf⁡(x)δhx⁢Mx⁡g⁡(x)(h2⁢δhg⁡(x)δhx)2-(Mx⁡g⁡(x))2
ただし
Mx⁡f⁡(x)=f⁡(x+h2)+f⁡(x-h2)2
Mx⁡g⁡(x)=g⁡(x+h2)+g⁡(x-h2)2