markdown
局所線型近似と微分可能性md 928c484
lecture/math/calculus/local-linear-approximation-and-differentiability.lecture.n.md
Download PDF

局所線型近似きょくしょせんけいきんじlocal linear approximation微分可能性びぶんかのうせいdifferentiability

date2026-07-15document_iddoc_ab16a2d57d7dee743b84b81338bfeb4cdescription微分を局所線型近似として捉え、基準点で保存される値と傾き、増分に比して無視できる剰余を整理する講義である。prerequisites導関数の定義と差商 / 線型性の基本type講義content_typelecturestatusactiverelateddata/lecture/math/calculus/derivative-definition-and-difference-quotients.lecture.n.md / data/lecture/math/linear-algebra/linearity-basics.lecture.n.md / data/lecture/math/linear-algebra/linear-maps-and-matrices.lecture.n.md / data/exercise/math/calculus/local-linear-approximation-and-differentiability.exercise.n.md
mathcalculuslinear-approximationlecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、微分びぶんdifferentiation接線せっせんかたむきとしてだけでなく、関数かんすう増分ぞうぶん基準点きじゅんてん近傍きんぼう線型写像せんけいしゃぞうlinear mapによって近似きんじする方法ほうほうとして説明せつめいする。

data/lecture/math/linear-algebra/linearity-basics.lecture.n.md

2直感的ちょっかんてき説明せつめい

微分可能びぶんかのう関数かんすうのグラフは、基準点きじゅんてん近傍きんぼうでは接線せっせんによって近似きんじできる。この接線せっせんによる近似きんじ局所線型近似きょくしょせんけいきんじlocal linear approximationという。

基準点きじゅんてんa とすると、近似式きんじしき

f(x)f(a)+f(a)(x-a)

である。h=x-a とすれば、増分ぞうぶん h作用さようする L(h)=f(a)hR から R への線型写像せんけいしゃぞうである。一方いっぽうf(a)+L(h)定数項ていすうこうふくむためアフィン写像しゃぞうaffine mapである。「局所線型近似きょくしょせんけいきんじ」の線型せんけいとは、増分ぞうぶんたいする L線型性せんけいせい意味いみする。

3厳密げんみつ説明せつめい

DRf:DRaintD とする。fa微分可能びぶんかのうdifferentiableであることは、ある実数じっすう c剰余じょうよ r(h)存在そんざいして

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

け、さらに

limh0r(h)h=0

成立せいりつすることと同値どうちである。この条件じょうけんr(h)=o(h) とも表記ひょうきする。これは |r(h)|/|h|0、すなわち誤差ごさ絶対値ぜったいち|h|して無視むしできることを意味いみする。実際じっさいh0たいして上式じょうしきhると

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

となるため、差商さしょう極限きょくげんc であり、c=f(a) である。ぎゃくに、f(a)存在そんざいするならば、r(h)=f(a+h)-f(a)-f(a)h定義ていぎすることで r(h)/h0る。

4具体例ぐたいれい

れいとして 4.1近似きんじする。f:(0,)Rf(x)=xa=4 とする。差商さしょう有理化ゆうりかすると

4+h-2h=14+h+2(h0,4+h>0)

であるため、f(4)=1/4 である。したがって

x2+14(x-4)

であり、x=4.1代入だいにゅうして

4.12.025

る。実際じっさいあたい4.12.02485 であり、基準点きじゅんてんちか範囲はんいでは一次近似いちじきんじ誤差ごさちいさいことを確認かくにんできる。

5関連かんれんリンク

data/lecture/math/linear-algebra/linear-maps-and-matrices.lecture.n.md

6演習えんしゅうリンク

data/exercise/math/calculus/local-linear-approximation-and-differentiability.exercise.n.md
raw .n.md をコピー
loc をコピー (filepath:line ~ line)
copy share link
copy encoded share link
path をコピー
copy share link
copy encoded share link
copy share link
copy encoded share link
タブを全て閉じる