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局所線型近似の基本演習md eeed9c7
exercise/math/calculus/local-linear-approximation-and-differentiability.exercise.n.md

局所線型近似きょくしょせんけいきんじlocal linear approximation基本演習きほんえんしゅう

date2026-07-15document_iddoc_eafa6b353573ea94a0d1c869f22d1f82description局所線型近似、微分可能性、接線近似の誤差の意味を確認する基本演習である。prerequisites局所線型近似と微分可能性type問題演習content_typeexercisestatusactiverelateddata/lecture/math/calculus/local-linear-approximation-and-differentiability.lecture.n.md / data/lecture/math/linear-algebra/linearity-basics.lecture.n.md
mathcalculusexerciselinear-approximation
data/lecture/math/calculus/local-linear-approximation-and-differentiability.lecture.n.md

1問題もんだい 1

f(x)=xx=9ちかくで局所線型近似きょくしょせんけいきんじlocal linear approximationし、9.2近似きんじせよ。

1.1解答例かいとうれい

f(x)=x とする。差商さしょう有理化ゆうりかすると

9+h-3h=19+h+3(h0,9+h>0)

であるため、f(9)=1/6 である。f(9)=3 なので、局所線型近似きょくしょせんけいきんじ

f(x)3+16(x-9)

である。したがって

9.23+0.26=3.0333_

る。

1.2解説かいせつ

近似式きんじしき基準点きじゅんてん x=9関数値かんすうちかたむきを共有きょうゆうする。実際じっさいあたい9.23.03315 であり、近似誤差きんじごさちいさいことも確認かくにんできる。

1.3よくあるあやま

基準点きじゅんてんからはなれても同一どういつ精度せいど維持いじされるとはかぎらない。局所きょくしょというは、近似きんじ有効性ゆうこうせい基準点きじゅんてん近傍きんぼう限定げんていされることをあらわす。


2問題もんだい 2

f(x)=x2x=1 における接線せっせんもとめよ。

2.1解答例かいとうれい

f(x)=x2 とする。f(1)=1 であり、差商さしょう

(1+h)2-1h=2+h(h0)

であるため、f(1)=2 である。したがって、接線せっせん

y=1+2(x-1)

である。

2.2解説かいせつ

増分ぞうぶん h=x-1たいする線型写像せんけいしゃぞうL(h)=2h であり、接線せっせん y=1+2h定数項ていすうこうふくむアフィン近似きんじである。


3問題もんだい 3

f(x)=x2 とし、任意にんい基準点きじゅんてん aR固定こていする。

f(a+h)=f(a)+f(a)h+r(h)

たす剰余じょうよ r(h)もとめ、r(h)=o(h) であることを確認かくにんせよ。

3.1解答例かいとうれい

f(a)=2a であるため、

(a+h)2=a2+2ah+h2

より r(h)=h2 である。さらに

r(h)h=h0(h0)

なので、r(h)=o(h) である。

3.2解説かいせつ

一次項いちじこう 2ah増分ぞうぶんたいする線型部分せんけいぶぶん構成こうせいし、二次項にじこう h2|h|して無視むしできる剰余じょうよとなる。したがって、アフィン近似きんじ全体ぜんたいa2+2ah である。この計算けいさんは、差商さしょうによる微分可能性びぶんかのうせいo(h) による特徴付とくちょうづけの同値性どうちせい具体化ぐたいかする。

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