100% tevredenheidsgarantie Direct beschikbaar na betaling Zowel online als in PDF Je zit nergens aan vast
logo-home
Summary Derivatives in Several Variables €2,72   In winkelwagen

Samenvatting

Summary Derivatives in Several Variables

 6 keer bekeken  0 keer verkocht
  • Vak
  • Instelling

These notes introduce the notion of derivatives for functions of several variables. It is worthwhile to rst recall the derivative of a real-valued function of a single variable. Let f : R ! R, and xed x0 2 R. The classical de nition of f having a derivative f0(x0) at x0 is that the limit Noti...

[Meer zien]

Voorbeeld 2 van de 12  pagina's

  • 28 september 2021
  • 12
  • 2021/2022
  • Samenvatting
avatar-seller
Analysis II: Derivatives in Several Variables


These notes introduce the notion of derivatives for functions of several variables.
It is worthwhile to first recall the derivative of a real-valued function of a single
variable. Let f : R → R, and fixed x0 ∈ R. The classical definition of f having a
derivative f 0 (x0 ) at x0 is that the limit


 
0 f (x) − f (x0 )
f (x0 ) = lim
x→x0 x − x0
exists. Denoting the limit as a = f 0 (x0 ), we can rewrite this as
 
f (x) − f (x0 ) − a(x − x0 )
lim = 0.
x→x0 x − x0
Notice that any linear map from R to itself is just multiplication by some constant a.
This is the important conceptual leap we must make: the derivative of a function
at a point is not a number, or a vector. It is a linear transformation. The
derivative of a function f at the point x0 is the linear transformation which best
approximates f near x0 . Indeed, you’re already familiar with this concept from
Taylor’s theorem, but might not have thought about it using the language above.
Now we naturally arrive at the proper definition of a derivative:
Definition 1. Let f : Rn → Rm and x0 ∈ Rn . We say f has a derivative at x0 if
there is some linear map A : Rn → Rm such that
 
f (x) − f (x0 ) − A(x − x0 )
lim = 0.
x→x0 |x − x0 |
If this limit exists for the linear map A, we write Df |x0 = A as the (total) derivative
of f at the point x0 .
We can rewrite this expression as, near x0 ,
f (x) = f (x0 ) + A(x − x0 ) + r(x),
where  
n m |r(x − x0 )|
A : R → R is linear, and lim = 0.
x→x0 |x − x0 |

1

, We call r(x − x0 ) the sublinear remainder of f at x0 . It will be convenient later to
define the auxiliary remainder function r̄ : [0, ∞) → [0, ∞) by

|f (x) − f (x0 ) − Df |x0 (x − x0 )|
r̄(ρ) = sup .
|x−x0 |≤ρ |x − x0 |

Notice that −r̄(|x − x0 |) ≤ r(x − x0 ) ≤ r̄(|x − x0 |), and we still have the estimate

r̄(|x − x0 |)
lim = 0.
x→x0 |x − x0 |

Also, not that r̄(ρ) is a monotone function of ρ, so that for ρ∗ > ρ > 0 we have
r̄(ρ∗ ) ≥ r̄(ρ).
We emphasize here that it is important to remember that the derivative of f at
the point x0 is not a number or a vector, it is the linear transformation which
best approximates f near x0 .

Proposition 1. If f is differentiable at x0 then it is also continuous.

Proof. Write x = x0 + v, and use the notation above. Then

lim |f (x) − f (x0 )| = lim |f (x0 + v) − f (x0 )|
x→x0 v→0
= lim |f (x0 ) + A(v) + r(v) − f (x0 )|
v→0
≤ lim (kAk|v| + |r(v)|) = 0
v→0

We conclude limx→x0 (f (x)) = f (x0 ).
At this point we state some basic rules of differentiation.

Theorem 2. Let f and g be differentiable functions.

1. D(f + cg) = Df + cDg for all real numbers c.

2. D(g ◦ f ) = (Dg) ◦ (Df )

3. D(f · g) = Df · g + f · Dg (Notice the order of operations!)

The second two statements require some clarification. In the second statement,
we consider f : Rn → Rm and g : Rm → Rk . Then the composition maps Rn to Rk ,
and so does it’s derivative. The theorem states that the derivative of a composition
is the composition of derivatives. (This statement is certainly too elegant to not
be true!) In the third statement, the product in question is a bilinear operation we
will explain inside the proof.




2

Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:

Verzekerd van kwaliteit door reviews

Verzekerd van kwaliteit door reviews

Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!

Snel en makkelijk kopen

Snel en makkelijk kopen

Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.

Focus op de essentie

Focus op de essentie

Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!

Veelgestelde vragen

Wat krijg ik als ik dit document koop?

Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.

Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?

Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.

Van wie koop ik deze samenvatting?

Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper AXIOMATIK. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.

Zit ik meteen vast aan een abonnement?

Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €2,72. Je zit daarna nergens aan vast.

Is Stuvia te vertrouwen?

4,6 sterren op Google & Trustpilot (+1000 reviews)

Afgelopen 30 dagen zijn er 76669 samenvattingen verkocht

Opgericht in 2010, al 14 jaar dé plek om samenvattingen te kopen

Start met verkopen

Laatst bekeken door jou


€2,72
  • (0)
  Kopen