บทความนี้เป็นการสรุปสูตรและกฎการหาอนุพันธ์ หรือกฎสำหรับการคำนวณอนุพันธ์ของฟังก์ชันในแคลคูลัส
กฎการหาอนุพันธ์เบื้องต้น
ฟังก์ชันทั้งหมดเป็นฟังก์ชันของจำนวนจริง (R) ที่ให้ค่าจริง เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น แม้ว่าโดยทั่วไปแล้ว สูตรด้านล่างนี้จะใช้ได้ทุกเมื่อที่มีการนิยามไว้อย่างรัดกุม[1][2] รวมถึงกรณีของจำนวนเชิงซ้อน (C) ด้วย[3]
กฎพจน์ค่าคงที่
สำหรับฟังก์ชั่น
และ
และจำนวนจริง
และ
ใด ๆ อนุพันธ์ของฟังก์ชัน
ในส่วน
คือ
การพิสูจน์
![{\displaystyle {\begin{aligned}f'(x)&=\lim _{h\to 0}{\frac {f(x+h)-f(x)}{h}}\\&=\lim _{h\to 0}{\frac {(c)-(c)}{h}}\\&=\lim _{h\to 0}{\frac {0}{h}}\\&=\lim _{h\to 0}0\\&=0\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d54e77beb3cca2a46dce9122aa82949f792a52c7)
บทพิสูจน์แสดงอนุพันธ์ของฟังก์ชันคงที่ใดๆ เป็น 0
คำอธิบายททางเรขาคณิต
อนุพันธ์ของฟังก์ชันที่จุด ๆ หนึ่งคือความชันของเส้นสัมผัสของเส้นโค้งที่จุดนั้น ความชันของฟังก์ชันคงที่เป็นศูนย์ เนื่องจากเส้นสัมผัสของฟังก์ชันคงที่เป็นแนวนอนและมุมเป็นศูนย์
กล่าวอีกนัยหนึ่งคือค่าของฟังก์ชันคงที่ y จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อค่าของ x เพิ่มขึ้นหรือลดลง
ในแต่ละจุดอนุพันธ์คือความชันของเส้นตรงที่สัมผัสกับเส้นโค้งที่จุดนั้น หมายเหตุ อนุพันธ์ที่จุด A เป็นค่าบวก โดยแสดงเป็นเส้นสีเขียวประ–ค่าลบเป็นเส้นสีแดงประ และ เป็นศูนย์ เมื่อเป็นเส้นสีดำทึบ
การหาอนุพันธ์เป็นเชิงเส้น
สำหรับฟังก์ชัน
และ
และจำนวนจริง
และ
ใด ๆ อนุพันธ์ของฟังก์ชัน
ที่ส่วน
คือ
สัญกรณ์ของไลบ์นิซเขียนในรูป
กรณีพิเศษต่าง ๆ ได้แก่
- กฎตัวประกอบค่าคงที่
![{\displaystyle (af)'=af'}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6291e92052625956c2878f31568286eb49d7f7b9)
- กฎผลรวม
![{\displaystyle (f+g)'=f'+g'}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0f270ddd2712ae72925b275fb59dc9acc980100e)
- กฎผลต่าง
![{\displaystyle (f-g)'=f'-g'.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d06f579d309ffef1a25a87592e47f5ed3c950372)
กฎผลคูณ
สำหรับฟังก์ชั่น
และ
ใด ๆ อนุพันธ์ของฟังก์ชัน
ในส่วน
คือ
สัญกรณ์ของไลบ์นิซเขียนในรูป
ไปที่แนวคิดของการจับคู่ และอนุพันธ์ที่เป็นการจับคู่
ซึ่งเขียนได้กระชับยิ่งขึ้นได้ดังนี้
กฎลูกโซ่
อนุพันธ์ของฟังก์ชัน
คือ
สัญกรณ์ของไลบ์นิซเขียนในรูป
มักจะย่อเป็น
สำหรับค่า
ใด ๆ เมื่อ
, ถ้า
คือฟังก์ชันคงที่ โดยที่
แล้ว
[4]
กฎฟังก์ชันผกผัน
ถ้าฟังก์ชัน f มีฟังก์ชันผกผัน g ซึ่งหมายความว่า
และ
แล้ว
เมื่อ
จะเป็นกรณีพิเศษถ้า
แล้ว
สัญกรณ์ของไลบ์นิซเขียนในรูป
กฎยกกำลัง พหุนาม ผลหาร และส่วนกลับ
กฎพหุนามหรือกฎยกกำลังเบื้องต้น
ถ้า
สำหรับจำนวนจริงใดๆ
แล้ว
![{\displaystyle f'(x)=rx^{r-1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8bbfd6111d4ee4c88930a3eb2f5378decb7c429a)
การรวมกฎยกกำลังเข้ากับกฎผลรวมและกฎการคูณด้วยค่าคงที่ ทำให้สามารถคำนวณอนุพันธ์ของพหุนามใด ๆ ได้
กฎส่วนกลับ
อนุพันธ์ของ
สำหรับฟังก์ชัน f (ไม่เป็นศูนย์ที่จุดใด) ใด ๆ คือ
โดยที่ f ไม่เป็นศูนย์
สัญกรณ์ของไลบ์นิซเขียนในรูป
![{\displaystyle {\frac {d(1/f)}{dx}}=-{\frac {1}{f^{2}}}{\frac {df}{dx}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b783e9f33b6187ea57a3b10f75eac6ea1fec62d2)
กฎส่วนกลับสามารถได้มาจากกฎผลหาร หรือจากการรวมกันของกฎยกกำลังและกฎลูกโซ่
กฎผลหาร
ถ้า f และ g เป็นฟังก์ชัน แล้ว
โดยที่ g ไม่เป็นศูนย์
ซึ่งสามารถได้มาจากกฎผลคูณและกฎส่วนกลับ
กฎยกกำลังวางนัยทั่วไป
![{\displaystyle (f^{g})'=\left(e^{g\ln f}\right)'=f^{g}\left(f'{g \over f}+g'\ln f\right)\quad }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7c4e61e07a47e6e1e34b991007225570c6f77e39)
ที่ซึ่งเมื่อทั้งสองฝั่งได้นิยามไว้อย่างรัดกุม
กรณีพิเศษ
- ถ้า
แล้ว
เมื่อ a เป็นจำนวนจริงที่ไม่ใช่ศูนย์ และ x เป็นบวก
- กฎส่วนกลับเป็นกรณีพิเศษโดยที่
![{\textstyle g(x)=-1\!}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bc4138a20f2e89839e41b36406bd635b22784bd4)
อนุพันธ์ของฟังก์ชันเลขชี้กำลังและลอการิทึม
สมการข้างต้นเป็นจริงสำหรับทุก c แต่อนุพันธ์เมื่อ
ให้ผลลัพธ์เป็นจำนวนเชิงซ้อน
![{\displaystyle {\frac {d}{dx}}\left(e^{ax}\right)=ae^{ax}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d4776a5cb8042caaab597c3fed9f9b6512da714e)
![{\displaystyle {\frac {d}{dx}}\left(\log _{c}x\right)={1 \over x\ln c},\qquad c>1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d5454cb43b2a4a0e32180761fd2449ae4c349561)
สมการข้างต้นเป็นจริงสำหรับทุก c แต่ให้ผลเป็นจำนวนเชิงซ้อนหาก
-
![{\displaystyle {\frac {d}{dx}}\left(\ln x\right)={1 \over x},\qquad x>0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4520e837688ef53d64e823048e3bfd236d9e3bbf)
![{\displaystyle {\frac {d}{dx}}\left(\ln |x|\right)={1 \over x},\qquad x\neq 0}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6aea2ca43fdcc4296db94717240f797644bdaa6a)
เมื่อ
คือฟังก์ชันดับเบิลยูลัมแบร์ท
![{\displaystyle {\frac {d}{dx}}\left(x^{x}\right)=x^{x}(1+\ln x).}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1895546a3efac9f88d2743606898b1820c57f3c6)
![{\displaystyle {\frac {d}{dx}}\left(f(x)^{g(x)}\right)=g(x)f(x)^{g(x)-1}{\frac {df}{dx}}+f(x)^{g(x)}\ln {(f(x))}{\frac {dg}{dx}},\qquad {\text{if }}f(x)>0,{\text{ and if }}{\frac {df}{dx}}{\text{ and }}{\frac {dg}{dx}}{\text{ exist.}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/207166e06e2e083d468406ccad332f6b4a4236ca)
![{\displaystyle {\frac {df_{i}}{dx}}{\text{ exists. }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7c7e37598f520806fe5a3b90d4d88102f72242a2)
อนุพันธ์เชิงลอการิทึม
อนุพันธ์เชิงลอการิทึมเป็นอีกวิธีหนึ่งในการระบุกฎสำหรับการหาอนุพันธ์ลอการิทึมของฟังก์ชัน (โดยใช้กฎลูกโซ่):
โดยที่ f เป็นบวก
อนุพันธ์เชิงลอการิทึม เป็นเทคนิคที่ใช้ลอการิทึมและกฎการหาอนุพันธ์เพื่อทำให้นิพจน์บางอย่างง่ายขึ้นก่อนที่จะนำอนุพันธ์ไปใช้จริง[ต้องการอ้างอิง][ จำเป็นต้องอ้างอิง ]
ลอการิทึมสามารถใช้เพื่อลบเลขยกกำลัง แปลงการคูณเป็นการรวม และแปลงการหารเป็นการลบ ซึ่งแต่ละค่าอาจนำไปสู่นิพจน์ที่ง่ายขึ้นในการหาอนุพันธ์
อนุพันธ์ของฟังก์ชันตรีโกณมิติ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ค่าสัมบูรณ์ในตารางด้านบนมีไว้สำหรับเมื่อช่วงของซีแคนต์ผกผันเป็น
และเมื่อช่วงของโคซีแคนต์ผกผันเป็น
เป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดฟังก์ชันแทนเจนต์ผกผันที่มีอาร์กิวเมนต์สองตัว
ค่าของฟังก์ชันอยู่ในช่วง
และสะท้อนจตุภาคของจุด
สำหรับจตุภาคที่หนึ่งและสี่ (เช่น
) มี
อนุพันธ์ย่อยขอฟังก์ชันคือ
และ![{\displaystyle \qquad {\frac {\partial \arctan(y,x)}{\partial x}}={\frac {-y}{x^{2}+y^{2}}}.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c42e7d5531ef389ad7cda011aa2d55382dc8a5a4)
อนุพันธ์ของฟังก์ชันไฮเพอร์โบลิก
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ดูฟังก์ชันไฮเพอร์โบลิกสำหรับข้อจำกัดเกี่ยวกับอนุพันธ์เหล่านี้
อนุพันธ์ของฟังก์ชันพิเศษ
- ฟังก์ชันแกมมา
![{\displaystyle \Gamma (x)=\int _{0}^{\infty }t^{x-1}e^{-t}\,dt}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/416dd2d81a2f051de651fab567ce5c7d157b160f)
กับ
เป็น ฟังก์ชันไดแกมม่า ซึ่งแสดงโดยนิพจน์ที่อยู่ในวงเล็บทางด้านขวาของ
ในบรรทัดด้านบน
- ฟังก์ชันซีตาของรีมันน์
![{\displaystyle \zeta (x)=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{x}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3d61cb999cf0f5f8f9ca1d3f24c82b403d560693)
![{\displaystyle {\begin{aligned}\zeta '(x)&=-\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {\ln n}{n^{x}}}=-{\frac {\ln 2}{2^{x}}}-{\frac {\ln 3}{3^{x}}}-{\frac {\ln 4}{4^{x}}}-\cdots \\&=-\sum _{p{\text{ prime}}}{\frac {p^{-x}\ln p}{(1-p^{-x})^{2}}}\prod _{q{\text{ prime}},q\neq p}{\frac {1}{1-q^{-x}}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5ee84cbbcea1e50efa3e24669580223b7ecd1856)
อนุพันธ์ของปริพันธ์
สมมติว่าจำเป็นต้องหาอนุพันธ์ในส่วน x ของฟังก์ชัน
![{\displaystyle F(x)=\int _{a(x)}^{b(x)}f(x,t)\,dt}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aa866bc433f66baf00e230b56b1a35ff85b9fa6e)
ที่ฟังก์ชั่น
และ
ต่อเนื่องทั้ง
และ
ในบางบริเวณของระนาบ
รวมทั้ง
และฟังก์ชัน
และ
ต่อเนื่องและหาค่าอนุพันธ์ต่อเนื่องได้สำหรับ
- แล้วเมื่อ
-
![{\displaystyle F'(x)=f(x,b(x))\,b'(x)-f(x,a(x))\,a'(x)+\int _{a(x)}^{b(x)}{\frac {\partial }{\partial x}}\,f(x,t)\;dt\,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f48219d19f9845e110cd2fb46b9791ede20e3765)
สูตรนี้เป็นรูปแบบทั่วไปของ กฎอินทิกรัลของไลบ์นิซ และสามารถหาได้โดยใช้ทฤษฎีบทมูลฐานของแคลคูลัส
อนุพันธ์อันดับดับที่ n
มีกฎบางกฎมีขึ้นสำหรับการคำนวณอนุพันธ์อับดับที่ n ของฟังก์ชัน โดยที่ n เป็นจำนวนเต็มบวก ซึ่งรวมถึง
สูตรของฟาอาดิบรูโน
ถ้า f และ g สามารถหาอนุพันธ์ได้ n ครั้ง
เมื่อ
และเซต
ประกอบด้วยคำตอบจำนวนเต็มไม่เป็นลบทั้งหมดของสมการไดโอแฟนไทน์
-
กฎทั่วไปของไลบ์นิซ
ถ้า f และ g สามารถหาอนุพันธ์ได้ n ครั้ง
ดูเพิ่ม
อ้างอิง
- ↑ Calculus (5th edition), F. Ayres, E. Mendelson, Schaum's Outline Series, 2009, ISBN 978-0-07-150861-2.
- ↑ Advanced Calculus (3rd edition), R. Wrede, M.R. Spiegel, Schaum's Outline Series, 2010, ISBN 978-0-07-162366-7.
- ↑ Complex Variables, M.R. Spiegel, S. Lipschutz, J.J. Schiller, D. Spellman, Schaum's Outlines Series, McGraw Hill (USA), 2009, ISBN 978-0-07-161569-3
- ↑ "Differentiation Rules". University of Waterloo – CEMC Open Courseware. สืบค้นเมื่อ 3 May 2022.
ที่มาและอ่านเพิ่มเติม
กฎเหล่านี้มีอยู่ในหนังสือหลายเล่ม ทั้งแคลคูลัสพื้นฐานและขั้นสูง ในวิชาคณิตศาสตร์บริสุทธิ์และคณิตศาสตร์ประยุกต์ สิ่งที่อยู่ในบทความนี้ (นอกเหนือจากอ้างอิงข้างต้น) สามารถพบได้ใน
- คู่มือคณิตศาสตร์ของสูตรและตาราง (ฉบับที่ 3), S. Lipschutz, MR Spiegel, J. Liu, Schaum's Outline Series, 2009, ISBN 978-0-07-154855-7.
- คู่มือสูตรฟิสิกส์ของเคมบริดจ์, G. Woan, สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 2010, ISBN 978-0-521-57507-2.
- วิธีทางคณิตศาสตร์สำหรับฟิสิกส์และวิศวกรรม, KF Riley, MP Hobson, SJ Bence, สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 2010, ISBN 978-0-521-86153-3.
- คู่มือ NIST ของฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์, FWJ Olver, DW Lozier, RF Boisvert, CW Clark, สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 2010, ISBN 978-0-521-19225-5.
แหล่งข้อมูลอื่น