곱미분

역사 raw
대문 랜덤 문서 최근 토론
1. 개요2. 증명
2.1. 세 가지 식이 곱해져 있는 경우
3. 일반화
3.1. 여러 함수의 곱의 미분3.2. 두 함수의 곱의 여러번 미분
4. 기타5. 관련 문서

1. 개요[편집]

곱미분(곱의 미분법[1], Product rule)은 두 실함수 f(x) f(x) g(x) g(x) 의 곱의 형태(원래 이것 자체를 '곱'이라고 함)를 가진 함수 f(x)g(x) \displaystyle f(x) g(x) 의 도함수를 구하는 공식이다.

2. 증명[편집]

미분계수의 정의에 의하여 함수 F(x)=f(x)g(x) \displaystyle F(x) = f(x)g(x)의 도함수를 구해 보자.
F(x)=limh0F(x+h)F(x)h=limh0f(x+h)g(x+h)f(x)g(x)h \displaystyle \begin{aligned} F'(x) &= \lim_{h \to 0} \frac{F(x+h)-F(x)}{h} \\&=\lim_{h \to 0} \frac{f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x)}{h} \end{aligned}
분자에 f(x)g(x+h)f(x)g(x+h)를 빼고 더하면,
F(x)=limh0f(x+h)g(x+h)f(x)g(x+h)+f(x)g(x+h)f(x)g(x)h=limh0f(x)[g(x+h)g(x)]+g(x+h)[f(x+h)f(x)]h=f(x)limh0g(x+h)g(x)h+limh0g(x+h)limh0f(x+h)f(x)h=f(x)g(x)+f(x)g(x) \displaystyle \begin{aligned} F'(x) &=\lim_{h \to 0} \frac{f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x+h)+f(x)g(x+h)-f(x)g(x)}{h} \\&=\lim_{h \to 0} \frac{f(x)[g(x+h)-g(x) ]+g(x+h)[f(x+h)-f(x) ]}{h} \\&=f(x) \lim_{h \to 0} \frac{g(x+h)-g(x)}{h} +\lim_{h \to 0} g(x+h) \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h)-f(x)}{h} \\&=f(x)g'(x)+f'(x)g(x) \end{aligned}

두 함수 f(x)f(x), g(x)g(x) 모두 좌미분계수만 존재하거나, 우미분계수만 존재한다고 하더라도, 위의 증명에서 h0h \to 0h0+h \to 0^{+} 또는 h0h \to 0^{-}로 바꾸어도 증명에 무리가 없으므로, 좌미분계수, 우미분계수에 대해서도 곱의 미분법이 성립한다.

2.1. 세 가지 식이 곱해져 있는 경우[편집]

세 함수 f(x)f(x), g(x)g(x), h(x)h(x)가 곱해진 함수 f(x)g(x)h(x)f(x)g(x)h(x)의 도함수는 위의 결과를 참조해보면, 아래와 같음을 알 수 있다.
[f(x)g(x)h(x)]=[[f(x)g(x)]h(x)]=[f(x)g(x)]h(x)+f(x)g(x)h(x)=[f(x)g(x)+f(x)g(x)]h(x)+f(x)g(x)h(x)=f(x)g(x)h(x)+f(x)g(x)h(x)+f(x)g(x)h(x) \begin{aligned} [f(x)g(x)h(x) ]'&=[[f(x)g(x) ] h(x) ]' \\&= [f(x)g(x) ]'h(x)+f(x)g(x)h'(x) \\&=[f(x)g'(x)+f'(x)g(x) ]h(x)+f(x)g(x)h'(x) \\ &=f'(x) g(x) h(x) + f(x) g'(x) h(x) + f(x) g(x) h'(x) \end{aligned}

3. 일반화[편집]

아래의 두 일반화 모두 수학적 귀납법으로 증명할 수 있다.

3.1. 여러 함수의 곱의 미분[편집]

nn개의 함수 f1(x),,fn(x)f_{1}(x), \, \cdots, \, f_{n}(x)가 모두 미분 가능할 때,
[f1(x)f2(x)fn(x)]=f1(x)f2(x)fn(x)++f1(x)f2(x)fn(x) [f_{1}(x)f_{2}(x)\cdots f_{n}(x) ]^{\prime}=f'_{1}(x)f_{2}(x)\cdots f_{n}(x)+\cdots+f_{1}(x)f_{2}(x) \cdots f'_{n}(x)
이다.

3.2. 두 함수의 곱의 여러번 미분[편집]

nn번 미분가능한 함수 f(x)f(x), g(x)g(x)에 대하여,
[f(x)g(x)](n)=r=0n(nr)f(r)(x)g(nr)(x) \displaystyle[f(x)g(x) ]^{(n)}=\displaystyle\sum_{r=0}^{n} {{n}\choose{r}} f^{(r)}(x)g^{(n-r)}(x)
이 성립하는데, 이를 라이프니츠 법칙(Leibniz rule)이라고 한다. 위에서 (nr)\binom{n}{r}조합이다.

4. 기타[편집]

  • 부분적분은 이 곱미분의 성질에서 파생되었다.

4.1. 고등학교 교육과정[편집]

5. 관련 문서[편집]

[1] 고교 교육과정 상에서는 이 용어로 배운다.