WE , 141T , HI
SEMESTRI WYKTAD 3 RJZNICZKOWANIE W PRZESTRZENIACH BANACHA yg
Nick X i Y bgdq pmestmeniami Banana
,zbior UCX bgobie otuowty
.Dozwazamy
odwzonowanie f
:U → Y
.Iapisujcmy wzin
gobie Ae B ( X. Y )
f- ( x+h)=f( × ) + Ah + R ( × ,h ) x. he X
DEFINICJA Miwimy ze f jest vioznicskowaluue w ×
jes.li istnieje odwzonowanie liniowe
i ciqgre A takie , ze neszte R speenia waounek HRK ,h)Hy
HI # To
Odwzonowanie A
uazywamy pochodnq f w puukcie x
.Latozmy , 2- e f jest nizhicskowabve
.Spnawobimy osy pochodeue jest dobme dares
'love
.Niech As
,As bgdgelaueutami B ( Xie ) takimi , Ze zochoasi ( * ) dle Rs
,12
th ( Rdxih )
-Ra ( kh ) )= th , ( flxthl
-f- ( × )
-Ash
-f(x+h)tf ( × ) + Ash )= # ( Ash
-Azh )
=( As
-As ) # ,
2e wzglgdu me ( * ) wchoobi
c- Lauwazmy
,Ze wektor ten
memorning 1
.0= if ( )=nligo( Lingo Rdxii
-Rdxii As
.As ) ( tut ) C * s
Latdzmy teraz
,ze Azt Az , ton Az
-As ¥0
.Istnieje Witan pnyuajmniq
.jeden wektor VEX take
. ,ze
( As As )VtO
.Wekton ten mozhe wsiqc
'dtugosci L
.Podsumowujqc , istnieje V
:11011=1 i (Az Adv
.# 0
satem takze 1142 Ad
-OHFO
. 1be dowolneyo ciqgu ( on ) abiezmego do a many , na podstawie
ciggrosu
.As I Az , ze (Az AD
.-) ( Asian )v On to
.Ciqg On Wybieramy tok
,Zeby HONH =L
.To mozne srobii dzielpc wyrazycipgu Mesick 11.11
.D be owstatesnie duzych n wyrazy ciggu
licsbowego
11( As
.Az ) on 11 sq oddzielone od 0 , W szoseysluosci saclwobi H ( As
.A.) UUH > nt
Weoimycigg hn= ntun
.Many hn→0 satem 1*1 nlign
.
( Aa
-A) th → 0 ale thud ,
=on i
ftp.HH2 An ' )Hh÷ , H > £ c- spmeosnosc
'! !
1Wyuika a 5 tego ze Az=Aa , Hu pocboohe , jes.li istmieje
,to jest jeoyme
.Podwdug odwsonowanie f w puukcie x oanaosamy trowlycyjmie f ' ( × )
.Lauwazmy
,Ze
jes.li f jest nolznicskowolua w Kouzdym puukcie XEU to f
'jest odwaorowaniem
f ' : XSU - 1 ( x ,Y ) poaosas gay f :X > U -7 Y
Podwdwe jest wigc innym obiektem matematycsuym miz wyjsciowe odwaonowowie
.2auwazmy
takzeize ciggfosi poawomq
.fkx ) wystgpuygce w defimiyi do tyay upgdosci f ' Cx ) jako adwwvowanie
liuiowego , ayii waglgdeen pmyrustuh
.csyminnym , june pmez was nine olyskutowanym
,jest apgrosi pochoauq
.jako odwzorowanie f ' : U→ BAM ) ayli waglqdem ×
.Podwdnq zdefimiiowawg jak wyzg
.
nazywamy pochodnq mocuq albo pounding Freihe ( Fneszecta ) )
PRZYKTADY
:15
(1) Pmykiad u mieskoniosomym wymiare X=E( [ 0,1 ] ) HfH=×seul}o
.
# HI
f :X → X f ( vllt )
=ftvtxtolx
f ( vthkt )
=§ ( othjcx )dx= 'H)dx=§J(x)dx G) +20A )hK § @ ) + h + 2§0(x)hk)d× + µ 'Hdx=
=
fact ) + 2µA )hHdx + §h4×)dx ( Ah )H)=2§oHhHdx
- - 5
( Ah ) It ) R( J ,h ) It )
jesttoodw2orowanieliniowe2ewsglqdnmeh.Tnebasprawdsiicsyjestapgre1lAhHzseuPo.yIAhCtl-suptfo0HhHdxIE2supfoloHhH1dx-2TolOHhCxI1dxf2sxup1hHlxxfohlvH1dx-2fTOCxHdxHh11@0t2uAjestodwzonowowiema.g
gtym
.Mozuo policy :
- Hall
:11 All f 2§w( xlldx
.pile
.V jest stoueyo snouku
wyrazeuie state ,t2u
niewdezne od h
.m0ZewyW2ipdh-tho62reolizoWauiero.wuojci.7es.linie.tnebabraiodpowieolniapyhm.NiebgobiemygigwtosowyIsbiai.Toukuyimauej11AH-2fhlvH1dxPozostajebowlanieNesztyiHRCv.HH-syplftn2HdxljfhixiaxennlilYYnfIelhhnIcnnih-sofuwky.apodwukowamieuy.emne0dw2orowaniefjestrsznicskowalhewtwrzdympunkudOEX.WartosipohodnejdanajestwwremCftCvhJCt1-2ftoHhK7dxHPmykioudskomcseniewymiowowyilR2sCxiyl-xwsyelRCxtSxjwsCyt8ytCxtSxKwsywsSy-sinysinSy1-CxtSDcosyfi-8gItOCsy4D-sinyfsy-ogItK8jslD-lxtSx5Lwsytwsy9C8yy-sinySytsinyK0y3D-xwsytxwsyKdy9-xn.nySytxn.ny0C8y3jtwsySxtwsy8xOCdj1.n.nySxSy.sinySx0Csyy-oIFiYtEFelEttIaanYodittoHynmfIwEYYitnmoox@2omwazmy.zeRjestpmyuajmniejKwaowatoweu8x.SyRCxiy.Sx
, Jy )=9( Sy ' ) + Oct )O(dy )
16
W tym pmykiowlzie mie mummy spnawdzac
'ciqgrosu
.
A
, gdyz AELCR ? R ) wobec two jest upgre
.Mun .my see to sprawobic
'wtasuoia
.renty
.W R ' wybieramy moving Max , tzn Not
,of )H=
=
Max {18×1,181}
.Waruuek h→o oznacse Max { ldyl , 18×1 ) → 0 , csyli obiewspotnspdne
speiuiac
.muhg Sx → 0 I Sy→o
.Mozeeuy satem startac
.
sachowoenie poszosegol
-nych skeadmiksv Neszty
.0(8yY Sy '
-togniIaxfaF8IeeYtytFEecioyn.ocoygneoOC8HOC8y1.csxJyt8yO0xyt8xOCdy4HoyMggeoxffhWhx99I.coxsgng.sgn8yOCoxyt8xsgn8yOCSyg-O8y-soResztawtympmyktadziespeeniaCH.wobectegoojCx.ykfwsy-xn.nyT.UWAGliG7Odw2orowaniefiX-sYnozhicskowaluewxeXjcstciggfewx.JesttooosywiAegdyzskoroRCxHspeenieCHtotakZeRlx.hh-0.Wobecciggrosa.fktmamynhignofCxt4-nlignoCfHtftxfohtRCxywD-fCxs.C4Odw2orowauieTiX-YliuioweiciqgfeC.tanTeBCXirDjestvoznicrkowalueWKazolympuwkcieiTlCHh-Th.t2nTkD-TdhedowoluegoX.l31DhefigiX-sYvozhicskowalnycuwxeXo6owipsiyewsor4ftpgjH-dftHtpojH.dowodtatwyimuduypomijamy.kD22estouwunpodstawoweprawarozhicskowaniallnieauwagiwywagarozhicskowanieWoZeuieodwzoNowouiSTWlERD2ENlEifiX-Y.giY-72.fvdznicskowaluewx.groznicskowalmewfCx1.WteolygofjestvoZhicskowolnewxisadwolzi@jfjCxs-ojCfCxDofhxIlskTow1anieodwzorowanlihiowych.D0woDifCxth-fHtfkyhtRfCx.h
) gcytk )=g( g) tojly )k + Rg ( y ,k )
g(fH+fIxI
.fr#f)=gCfCxD+0jCfH)ff'Cx)htRpkihY+Rg(fCxhk)==g(fCxDtoj(fCxD(f'Hh)t0j(fCxD(Rflx.w)tRg(fCH,k )
> 0
ghetto ^ rl two
) ||Rg(fHyffHh+ReGH)==HRg(fCx),fHh+RfK,h)=
Hf 'k)htRp(x,h)H NHkhhfRH×HH_ { 8'HYYnY,llReKn"_ " ¥0
× REENPI Hfkxsh +
yet # + " Rtkm "
i
-
1h11 11h11
ogranicsome !
FAKT
:f :X
-> Y , x :X → IR Jojli fix sq nd zmicskowalneuxo to × - d ( × ) f ( x ) jest noznicskowalne
uxo i 17
XD 'Hh= hjfcx @ G) ) + aklf ' G) h
IHEBCX , R ) d(x)h EIR
Dow .oD
:Oosywisty
...Oblicsauie pochodnq
.2 definigi jest sazwycsq
.niepraktycsne
.Wpvowowbimy terazpewne utatuiojqce
zyciepojgcie
.Nick YY bgdp p
.Bauache , wez.my UCX , XEU f
:U → Y
DEFINIGA : Mioimy , Ze odwzorooanie f me pochodug tieruukowq w Kieruuku OEX jcs.li isthieje him f(×+tv )
-f(× )
t
-so =L
.Podwdue tieruukowq ozuacsamy
Dofcx )
FAKT
:Pocbodne kieruukowa
, jesili istnieje , jest jeduorodne , tar Dxof
=Xtff
.DOWOD
:( f ( FGDX xttxo D×ufH= )
-f ( × + txo )
-fcx ) ) flxt Sv )
-fat
him #
=Xlim
- =xlim Xtffcxs g-
=t
-so t
-so ( at ) s→o on
FAKT
:yes .li f jest rozhicskowolme w × to poclwdna Kierunkowa istniqie w × w Kazolym Kierunku i
jest n' ounce Tfflx ) =f' CHO
.tf '*
Dow 'oD Tff ( × )
=lim t→o fl×+tItfl#
=t→o lim f#+&kYY+R(×iwt#_
=him ( f
'Ho + R(×ft# )
=t-so-ttxsotfegnoMIitImtttxiotfigo@xItTvY-ftxw.o.PolwdnejmozmewiqcpohukiWaiwpostacipoclwdnq.Kieruukowcj.opotemspnawobai.ayodwaorrowanieOtsTffHjestliuioweiciggreorazay2uikestosownarentd.Nalezyjeolnakmiecmeuwaohezesauwistnieuiepochodnq.kieruukowejjestW0wuukieiudosc.Nabym.0twierauymiuiq.s
uyn galeries funkgi obiwmych
:(1) f ( × ,y)= # wpunkcie ( 0,0) mapochodnq kierunkowq w µ i ftp.wposostaeyukierunkach
f : lR2→|R pobodne mie islmiqie
.(2) Of
:1122-7112 pochodwe Kieruukowa istniqd we wszystkich Kieran Koch , ale
gay )=|× ¥+31 ¥4,0 Ky ) ) odwzorowanie oh > tfglqd nie jest liuioue
° 69%0
gctox , toy )=to×tIYItfgb-y
.tfox 8×1+84 )
Dog ( 0,0 )
=8×8*+8*2 ftp.jednorodueaee it [ mie liuiowe
(3) hkiy )
=x×g¥y÷ Ma pochoohg kieruukowq w Kazdym kieruuku , polio due kieruukowa
h
:|R2→r jest lihiowa ale h hie jest Ndzhioskowalue W ( 0,0 )
h(qo)=o
httoxitoytltoxt '8y%(ug×u+eg×y=ttfffp÷y , 18
hltoxitoythI.to#yy2_gq-o8fyfI=cxTfhlop)=8x0Htfhl0it ←
(
8D - a [ 10 ] h( Ota ,Otdy)=h( 0,0 )t[,o]§g]tR( 0,0 ,S×i5y)
Rlqqox ,oy)=gfYffy÷
-ox
=8*8×5.8×422=8×58×4
+ Sy ' 8×4+42
126,0 ;F,o)=¥y÷o= F RAITT
=1=1,0 Rnie spend
wowuukubyud rehtq
.DEFINIGA
:Josh
.dle x EU podwdme kieruukowe odwzorowauie f :U → Y isthicje W koizolym
Kierunku i O - Tff jest liuiowe iciqgre to mowing zef jest stabo ndzhicskowaleue
.Oolwzoro
.wauie vtstff hazywamy stabq pocboduq albo poclwdhg Gateaux
.(1)
(2)
(3)
19
.hdefiniowalismy juz dwa noobaje podwdnycu mound ( Frechette ) i state ( Gateaux )
.Roawaza nig
jenue podwdnq w kieruuku podpmestnseni
.Jesli X=Xz××z , UZCXZ
,Uzcxz ( × , ,xz)E Usx Uz
Podwdnq csgstkowg odwzorowanie f
:Un×Uz -7 Y w kierunku podpmestreni Xz ( Xz ) mazywamy mocug podwdng Oolwsovowauie
Xr > Uss } - f ( s , XDEY ( Xzouzay - Hy ,y)eY )
ftxdxnxd ftxdxsixz )
Podwdhe w Kierunknpodpmestnseeni pmyowwwg ng poziuig :
POCHODNE ODWZOROWANIA 112 "
-> IRM
Odwzonowanie f
:IR "
-> IRM " skiadasig
"2 m fuukyi fi :# → R
f
:( xs
...xn ) 1- > ( f ' ( x )
, ...,fm( x ) ) Latozmy ,ze fiestnozhicskowalme W per "
.Pohodna f ' ( p ) e L ( IR " ,lRm) jest wigc macicmg majgcg m kolumni m wierny
.j
-to
.kolumna
maciemy to f ' ( p - )ej sapisame w bazie kouoninnej
f- ( pttej )
-f( p ) to jest " kowoilek " stabeipoawdnejitzn f ' (D) ej= Tfjf ( p )= lim too =
=f '( pttej )
-ftp )
=
him f2( pttej )
.fyp ) Wyraz * ij maciemyf 'Cp) to satem
t→0|
: ) egg ftp.ipjttypjti.PN.tt#=0yfxIg ( p )
ftp.teitfyp )
I
inneoznacsenie
:Zjft , ftp. , fixj
...Podsumowujgc
,jes.li f :R " - Rm jestnozhicskowabne W p to f ' ( p ) sapisuje gig maciemg
÷
÷z 2yf÷
...2¥ Maciempoewdnej , Mauer yawoiego
ZX "
t¥e¥i¥÷H
.IE?aIEIti.EEEEm:e;I:I::EIEtII2fm
na }t÷
.. .HI *
"stwierobic
.mszhinkowouuosi me podrtawie pameenie
me poclcodue apakowe gM÷
.Stosowue twierokenie
- istuiieje , ale Zeby je wdowoocnic
.potnebiyieuey jehue
N olodatkowych wamgobi
.Sformutujmy to twierokeuie
:TWIERDZENIE
:X
, Y p
.Bauadne
,f :X → Y jest sraoordzhioskowalne he M c X
.yes .li wake
pochodne Df traktowame jako odwzonowanie Max - Df ( × ) E B ( XM ) jest ciggre me U
,to f jest klasy C ' me U , tzn Moonie pochoolne ftx ) isthieje i jest upgre jocko odwzorowanie Usx - > f 'K)eB(×,4 )
.Oosywiscie f ' A)
=Dflx )
.faftfoew.tl?k0n,.owefup0Nejakoodw2.owowws.uja
WBCXM )
.Lomwazmy ze rozwazd fig tudwie aggros .ci hi→f' G) h × - f- ' ( x ) e B ( x. Y )
TWIERDZENIE 0 WARTO Sa SREDNIE ] ( zeby uowwoduii trierokeuie
oniznicskowaniuw
sposobciqgry ) 20
.1 he
fuukyi niznicskowalnycn I → R obowiqsuje Tw
.Lagrange 'd f
'( c) ( b
-a) =f( b)
-f (a) one pewnegoc
.Dle I
-> 1122 mie many hours me prone uoqoluienie
:x - ( f. Ix )
,fdxl )
fn( Cs ) ( b
-a)
=ffb )
-f. (a) , g) ( b
-a) f!( fda
=fs ( b )
-)
inn.emapowoduabycz-Ca.WwielowyeuiowowymosyBauadwwskimpmykiowbiemamyjeolyhieohacow0unieTwlERD2EN1EiXiYp.Bameche.fiXoU-sYsraboniznicsKowolnemeU@uUlltktn-tkHtffhyoyuPlli7flxtthHD0W0D.Dowodtegotwierd2enieopierasiqmeistnieniuwystowcsajqwbogatejpmeAmenifuukcionoieoirliuiowyuciggychcsylipmestmeniBCYi1Rf.Istniq.etwierobenie.Ktoremiwi.2emepmestnseniunormowanq.dheKazdegowektoreXtoistnieieyeBCX.1RftakiizeHylk1iyH-HxH.We2myyEBlYiRtiskonstnuujmyfunkq.g
yq :[ 0,1 ]ztl→ ( y , f ( × + th ) ) ER spnawdz.my n'
zhicskowaluosc
tci funky
fino 1s( ypltts )
-qCH)=figo1s( < y ,f( xtthtsh ) )
-4. flxtth D)
=fino 's < y , fcxtthtsn )
-fatty )
=ng
( y , figno tf ( f- ( xtthtsh )
-f ( xtth )
)= ( Y
,17nF ( × + th ) ) yp jest volznicskowoeue we Joint
cigopo 's 'c y
yf jest takzeciggra me [ on ]
.Cigoposi no
,konicach wynikez faktu isthieuie Df
.Seaba vdzhinkowaluosi
hiepocigge co pnawohe aiggrosci , ale pocigga afgrosc
.wzouiuzprostyou , t2n f ( ptsh ) # f ( p ) Ollie Pell pf speiuie eatozeuie toierobeuio Laquaupete ton
.isthieje SE TO , 1[ take
,ze
ppcn )
-yp ( D= yp ' ( 3) Tsalezyod y
y k ( y , Dnflxtsh ) )
( y ,f( xtn ) )
-< y , f ( x ) )
Theta teraz
posbyc
.
fig g. Idea jest take
:YEBCY , R ) tzn y jest fuwkjq me Y
.Many jednak
takze
, aha
ye Y y
#
< yiy > , ton y yen funky .q liuiowq me BCYR )
.Odwzorowanie to jest ognanicsone
:panky > I wiemyize ysyypezlaliyslfsypgs > It 1141111g lcyiy " ,y tm "Y" " Y "
=" Y "
HPYIK llyll Pytomie , ay 11 FyH=HyH ? 2 along
.uwagi wyuikd ze wowlosc
.Hyllmozne 2 realizowac
' .Ozuacso to ze HYH mozne patmei jak me mormq operatorowg
.Hflxtu )
-talk
, ,sgyzsKy , fcxtus
-FH ) tymplalithflxteah ) > I tyygytgs 1141111 Dnflxtsyh )H €
{ tt sup
11Dnf ( × + th ) H f 11h11 sup HDF ( xtth )H 6
]a1[ tEµ1[
Ocsywiscie jes.li fjestvozhicskowobue Dnflx )
=f ' Hh i oszawwanie a twiwobenia pmyjmuje portal Hflxth )
-f ( × ) H f 11h11 sup Hf ' Cxtthlll
tE]0n[
21
.Twierdzeuie o Wartosa
.Jnedniq
.pnyde nd do udowodnieuie mango twierokeuia 0 iozmicskowaniu W spoil ciggry
Dow 'oD
:f jest Nato noznicskowalwe
,satem Dfk ) istnieje i jest clementon B ( Xie )
.Do rizhicskowalnosci potmebujemy
wtasnosa
.neszty
:R ( Xo ,h)
=f ( xoth )
-flxo )
-Dnflxo ) Definiujemy g
:U → Y gcx )=f ( x )
-tfflxo )
.g jest Nato nizninkowalno
J I Dg
=Pf
-) Dfko
g( Xoth )
-g ( xo )
=f ( xoth )
-D×o+ufAo )
-flxo ) + Tfofko )
=fkotu )
-fko )
-Dnfko )
11121×0,411=11 gcxoth )
-gko ) H { 11h11 TEJO sup ,1[ 1117g ( ) H xottu
=11h11 sup TEJO
11,r[ Df ( xotth )
-Dfko )
H"Ryf×pHlL { syygo
,
.pl Dfkotth )
-DFHDH ¥0 a ciggdosci DFH wwfgdemx
.•
Twierokeuie
powyznc obviate oaywiswe takzedhe odwsorowan ' R
"
→ Rm
.Jednak wiemy
,Ze isthienie podwdiych Kieruwkowycn ( a wigc wyrazen
.
ff÷j ) mie gwowautuje liuiowosci , tzu Maa .eu sbuowowame
2 podwohyck upstkowych Mie Iawne jest macieng Note podwolnq
.( tar
.macien Motme noysisaimimo
,ze stable pochodue vie ianieje )
.Dolychuosowe twierokenie
caty was mie wyaaraojp do uolowodhie
.nice rdzuiukowaueosii me podnawie Was now
.poohoouycu apttkowycu ¥4
.Lapisamy wigc wkoncu iwdowodnijmyodpowieoluietwierobenie
TWIERDZENIE
:fes.li poliodne osgstkowe }§÷ istniejq i sq ciggre to odwsorowanie
( x ' , xl
,
...
,
x " )
#
( f '
,f '
, ....fm ) jest ndznioskowalne w sposob cigqdy
Dow 'oD :
Kandydatem we pounding jest ocsywiscie ( hi ) 1- > ( ?g¥j hit )
.Szaujemy nesztg
#
( x '+h ,
...
, xhth ?y5t÷higi " )
-Flx ?
...,x " )
-11=11 Flxthix '+h2
, ..)
-: Fyxix hi
...) + FCH , x4h ' , .it?y5# Weill
Kowtnonicsne W base Rn
< Hflxthitth
-Faith :
.:p
.to#sn'eiH+HfCx;x4n2...jyIgF3fIhieil.cttsegoPndlfL3Ilxtth:x2tn2it
-