萊布尼茨公式[求導法則中的Leibniz公式]

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萊布尼茨法則,也稱為乘積法則,是數學中關於兩個函式的積的導數的一個計算法則。

基本信息

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不同於牛頓-萊布尼茨公式,萊布尼茨公式用於對兩個函式的乘積求取其高階導數,

一般的,如果函式u=u(x)與函式v=v(x)在點x處都具有n階導數,那么此時有

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(uv) = u v+ nu v' + u v" + + u v + + uv

也可記為

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利用面積推導

假設

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且 f和 g在 x點可導。那么:

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現在,以下的差

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是圖中大矩形的面積減去小矩形的面積。

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這個區域可以分割為兩個矩形,它們面積的和為:

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因此,(1)的表達式等於:

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如果(5)式中的四個極限都存在,則(4)的表達式等於:

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現在:

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因為當 w→ x時, f( x)不變;

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因為 g在 x點可導;

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因為 f在 x點可導;以及

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因為 g在 x點連續(可導的函式一定連續)。

現在可以得出結論,(5)的表達式等於:

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推導過程

如果存在函式u=u(x)與v=v(x),且它們在點x處都具有n階導數,那么顯而易見的,

u(x) ± v(x) 在x處也具有n階導數,且 (u±v) = u ± v

至於u(x) × v(x) 的n階導數則較為複雜,按照基本求導法則和公式,可以得到:

(uv)' = u'v + uv'

(uv)'' = u''v + 2u'v' + uv''

(uv)''' = u'''v + 3u''v' + 3u'v'' + uv'''

…………

運用數學歸納法可證

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(uv) = u v + nu v' + u v" + + u v + + uv

上式便稱為萊布尼茨公式(Leibniz公式)

區別

由於名稱相似,不少人將牛頓-萊布尼茨公式與萊布尼茨公式相混淆,事實上他們是兩個完全不同的公式。

牛頓-萊布尼茨公式是微積分學中的一個重要公式,它把不定積分與定積分相聯繫了起來,也讓定積分的運算有了一個完善、令人滿意的方法。其基本形式為

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而萊布尼茨公式是導數計算中會使用到的一個公式,它是為了求取兩函式乘積的高階導數而產生的一個公式。

二者存在本質上的區別。

相關人物

戈特弗里德·威廉·萊布尼茨

弗里德·威廉·萊布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz,1646年—1716年),德國哲學家、數學家,和牛頓先後獨立發明了微積分。有人認為,萊布尼茨最大的貢獻不是發明微積分,而是微積分中使用的數學符號,因為牛頓使用的符號普遍認為比萊布尼茨的差。他所涉及的領域及法學、力學、光學、語言學等40多個範疇,被譽為十七世紀的亞里士多德。

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