為什麼不記做[公式],而是記作[公式],不會讓人誤解[公式]嗎?這麼做的好處在哪?

看到了 這個回答,對[公式]展開為 [公式] 不太理解,覺得為[公式]也可以啊。畢竟[公式]


[公式] 這說明 [公式] 表示對 [公式] 進行兩次微分操作

[公式] 為自變數的時候, [公式] 是一個與 [公式] 無關的變數,有:

[公式] (相當於對常數微分)

所以不能記為 [公式]

[公式] 是一個整體,在二階導數的表示方法裡面為了簡便起見,令:

[公式]

要想表示對 [公式] 的微分就寫成 [公式],所以不會產生誤解

最後附上完整推導過程:

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]

高階導數依此類推


為什麼二階導數要這麼記d^2y/dx^2? - 數學騷年,善用搜索引擎啊!其實二階微分運算元應該這麼寫[公式],那個y是該運算元作用的函數,這個運算元整體表示對x取二次微分,我覺得沒人會誤會的。[公式]展開為 [公式] 你不理解,嗯,其實符號運算[公式]這又是為什麼呢?因為定義[公式]你還是從運算元角度理解吧,那個形式推導,我其實學的時候也沒看過。

這麼多答案,幾乎都沒有回答在點子上,這讓我產生了寫點什麼的想法。

二階導數之所以記為 [公式] 是有歷史淵源的,它來源於二階差商的概念。

一、差分

差商又來源於差分。這裡先從差分說起。

對於函數 [公式] ,賦予自變數 [公式] 一個固定的增量 [公式] [1],就定義

[公式]

為函數 [公式] 的一階差分。那麼,將一階差分再作差分,就得到二階差分,即

[公式]

類似地,還可以定義三階、四階……直至 [公式] 階差分。隨著階數的增加,左端的記號會變成 [公式] 這過於複雜,於是數學上將它簡記為 [公式] 這裡 [公式]雖然寫在右上角,但並不是乘方冪次,僅僅表示差分階數。因此, [公式] 就是二階差分,[公式] 就是三階差分,以此類推。

二、差商

有了差分的概念,我們就可以定義差商:

一階差商 [公式] 二階差商 [公式] …… ,[公式] 階差商就是 [公式]

這裡,分母上的 [公式] 確實表示 [公式] 的冪次,括弧即使去掉也不會產生誤解,只要我們牢記這是 [公式] 的乘方。

三、作為差商極限的導數

現在,我們來研究差商和導數的關係。事實上,可以證明:

函數的[公式] 階導數(如果存在)就是 [公式] 階差商在 [公式] 時的極限。[2]

很清楚,對於一階導數來說,這是成立的,完全就是定義。那麼,對於二階導數又如何呢?這裡我們考慮先將 [公式] 作一下變形,容易得到

[公式]

於是二階差商的極限,就是

[公式]

這個極限怎麼求呢?注意,二階導數是存在的,容易看出這是一個 [公式] 型極限,於是可以考慮利用洛必達法則,就有

[公式]

根據二階導數的定義[3],這末式顯然就是 [公式] 。於是,我們證得了

[公式]

仔細觀察等式左右兩端,右端不過是把左端的極限號去掉,然後把希臘字母 [公式] 改成了拉丁字母 [公式] [4]

到這裡,我們已經豁然開朗了,為什麼二階導數的記號要寫成這個形式?原來分子上的 [公式] 代表階數,分母上的 [公式] 代表平方。這麼說來,二階導數這個記號確實可以看做是一個比值的極限,即商的極限。如此,我們就大概知道導數又稱微商的緣由了。

四、一個註記

最後,需要指出,儘管我們在二階導數存在的前提下證明瞭,二階導數就是二階差商的極限,但卻不能直接將二階導數定義為二階差商的極限。因為存在著這樣一種情況,雖然函數二階差商極限存在,但函數卻不是二階可導的,讀者可以自行尋找這樣的反例。

予一人:二階導數的記號為何如此怪異??

zhuanlan.zhihu.com圖標

參考

  1. ^這個 Δx可正可負,且總是相等的。當然,我們還要求x+Δx總在函數的定義域裏。
  2. ^這個證明可以使用數學歸納法,此處從略,以下僅對n=1,2時的情形進行討論。
  3. ^上式不能再繼續使用洛必達了,想想這是為什麼。
  4. ^這是萊布尼茨採用的記號。


一個函數的一階導數是y』,二階是y』』這是首先要知道的。然後這和dy dx有什麼關係呢

根據一階微分定義 dy=y』dx

所以求一次微分就是先求導然後??dx

那二階微分就是一階微分求導再??dx

所以就是dy求導再??dx,因為dy=y』dx,也就是y』dx求導再??dx

然後dx看成常數所以求導以後變成y』』dx之後再??dx

所以y求兩次微分=y』』dxdx

之後兩個dx除到左邊去。

其中y求兩次微分寫作d^2y 然後兩個dx相乘寫作dx^2


[公式] 是單獨定義的運算元,意思是相對於[公式],與[公式]不同,並不是函數[公式]作用於變數[公式]的意思。

ref: Notation for differentiation
要看你是學物理 的還是 數學的 你可以去Wikipedia 看一看ode 的歷史 裡面有提到 導數的符號問題 大概是牛頓 和 萊布尼茲兩個school

emmmmmmm我是這樣理解的,分子裏y之前的那個2來源於二階差分的符號,具體如圖:


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