ملخص
يستنتج هذا الدرس من توصيف كاراثيودوري القواعد التي تتيح الاشتقاق دون الرجوع في كل مرة إلى نسبة التزايد: مشتقة التركيب الخطي، والجداء، والمقلوب، وخارج القسمة. وتُستخرج كل قاعدة بالطريقة نفسها: يُكتب تزايد الدالة الجديدة جداءً في ، بعامل متصل عند ، وقيمة هذا العامل عند هي المشتقة. وبالقواعد تُشتق القوى ذات الأس الصحيح، وكثيرات الحدود، والدوال الكسرية. ويُختتم الدرس بالدوال المعرّفة على فترات: داخل كل فرع تسري صيغة ذلك الفرع، وعند نقاط الوصل تحسم الأمرَ المشتقتان من جهة واحدة، وهما ليستا دائمًا مشتقتي الصيغتين.
أهداف التعلم
- برهنة قواعد التركيب الخطي والجداء والمقلوب وخارج القسمة بتوصيف كاراثيودوري.
- اشتقاق القوى ذات الأس الصحيح وكثيرات الحدود والدوال الكسرية، وتحديد مجال تعريف كل مشتقة.
- الحكم بالمشتقتين من جهة واحدة على قابلية اشتقاق دالة معرّفة على فترات عند نقطة وصل.
- التمييز بين الفرضيات الكافية والفرضيات اللازمة في القواعد، وإدراك متى لا تعطي مشتقاتُ صيغ الفروع مشتقةَ الدالة.
المشتقة لا تتعلق إلا بما يحدث قرب النقطة
حسب الدرس الخاص بـالمشتقة بوصفها نهاية كل مشتقة بنسبة تزايدها. ولدالة مثل يطول هذا الحساب؛ والأجدى أن نعرف كيف تسلك المشتقة مع العمليات. وتستند كل قواعد هذا الدرس إلى توصيف كاراثيودوري، من الدرس نفسه: تكون قابلة للاشتقاق عند ، مع ، إذا وفقط إذا وُجدت دالة ، متصلة عند ، مع ، بحيث من أجل كل من مجال التعريف. ولذلك، لبرهان أن دالة قابلة للاشتقاق عند يكفي أن يُكتب تزايدها جداءً في بعامل متصل عند ؛ وقيمة هذا العامل عند هي المشتقة. وتتكفل مبرهنة العمليات على الدوال المتصلة، من الدرس الخاص بـالنهاية والاتصال، باتصال العامل.
ويحسن أولًا حسم مسألة تتعلق بمجالات التعريف. فقد يكون لدالتين مجالا تعريف مختلفان، وخارج القسمة لا يُعرَّف إلا حيث لا تنعدم . وتقول التوطئة الآتية إن المشتقة لا تتغير عند تقليص مجال التعريف، ما دامت النقطة تبقى نقطة تراكم، وإنها لا تتعلق إلا بالقيم القريبة من النقطة.
لتكن دالة معرّفة على ، و عنصرًا من ، و مجموعة جزئية من تحوي ، و مقصور على .
- إذا كانت نقطة تراكم لـ وكانت قابلة للاشتقاق عند ، فإن قابلة للاشتقاق عند ، و.
- إذا كانت نقطة تراكم لـ ووُجد بحيث ينتمي كل من مع إلى ، فإن قابلة للاشتقاق عند إذا وفقط إذا كانت كذلك، وفي هذه الحالة .
العبارة الأولى هي توطئة نهاية المقصور من جبر النهايات؛ والثانية تعني أن تعريف النهاية لا ينظر إلا إلى النقاط القريبة.
البرهان
نسبة تزايد هي المقصور على لنسبة تزايد . وإذا كانت نقطة تراكم لـ، فإن توطئة نهاية المقصور، في الدرس الخاص بـجبر النهايات، تعطي النهاية نفسها.
في الحالة الثانية، كل نقطة من مختلفة عن وعلى مسافة أصغر من تقع في : وبما أن نقطة تراكم لـ، فهي أيضًا نقطة تراكم لـ، وتعطي العبارة الأولى أحد الاستلزامين. وللآخر، إذا كان ، فليكن و ردًّا على نسبة تزايد ؛ فالأصغر من و ردٌّ على نسبة تزايد ، لأن النسبتين تتطابقان عند قيم التي يغطيها.
ويُستنتج من العبارة الثانية أن دالتين معرّفتين على تتطابقان عند نقاط القريبة من تكونان كلتاهما قابلتين للاشتقاق عند ، بالمشتقة نفسها، أو لا تكون أي منهما كذلك: فلهما المقصور نفسه على تلك النقاط. ومن العبارة الأولى أنه إذا كان لـ و مجالا تعريف مختلفان، يحوي كلاهما النقطة ، أمكن العمل في تقاطع مجالي التعريف، شرط أن تكون نقطة تراكم له. ولذلك نفترض في ما يأتي أن و معرّفتان على مجموعة واحدة .
جارٍ تحميل المحتوى…