رموز التفاضل

في حساب التفاضل ، لا يوجد رمز قياسي واحد للتفاضل . بدلاً من ذلك، اقترح العديد من علماء الرياضيات، بمن فيهم لايبنتز ونيوتن ولاغرانج وأربوغاست، عدة رموز لمشتقة دالة أو متغير تابع . وتعتمد فائدة كل رمز على السياق الذي يُستخدم فيه، وقد يكون من المفيد أحيانًا استخدام أكثر من رمز في سياق معين. أما في الحالات الأكثر تخصصًا، مثل المشتقات الجزئية في حساب التفاضل والتكامل متعدد المتغيرات ، أو تحليل الموترات ، أو حساب المتجهات ، فتُستخدم رموز أخرى، مثل رمز الدليل السفلي أو عامل . فيما يلي قائمة بأكثر الرموز شيوعًا للتفاضل (وعمليته العكسية، التكامل غير المحدد ) .

تدوين لايبنتز

تُستخدم الصيغة الأصلية التي وضعها غوتفريد لايبنتز على نطاق واسع في الرياضيات. وهي شائعة بشكل خاص عندما تُعتبر المعادلة y = f ( x ) علاقة دالية بين المتغيرين التابع والمستقل y و x . توضح صيغة لايبنتز هذه العلاقة بكتابة المشتقة على النحو التالي: [ 1 ]دyدx.{\displaystyle {\frac {dy}{dx}}.} علاوة على ذلك، فإن مشتقة f عند x تُكتب على النحو التالي دودx(x) أو دو(x)دx أو ددxو(x).{\displaystyle {\frac {df}{dx}}(x){\text{ أو }}{\frac {df(x)}{dx}}{\text{ أو }}{\frac {d}{dx}}f(x).}

تُكتب المشتقات العليا على النحو التالي: [ 2 ]د2yدx2،د3yدx3،د4yدx4،...،دنyدxن.{\displaystyle {\frac {d^{2}y}{dx^{2}}},{\frac {d^{3}y}{dx^{3}}},{\frac {d^{4}y}{dx^{4}}},\ldots ,{\frac {d^{n}y}{dx^{n}}}.} هذا أسلوب تدويني موحٍ ينبع من التلاعبات الرسمية بالرموز، كما في د(دyدx)دx=(ددx)2y=د2yدx2.{\displaystyle {\frac {d\left({\frac {dy}{dx}}\right)}{dx}}=\left({\frac {d}{dx}}\right)^{2}y={\frac {d^{2}y}{dx^{2}}}.}

يمكن التعبير عن قيمة مشتقة y عند النقطة x = a بطريقتين باستخدام ترميز لايبنتز: دyدx|x=أ أو دyدx(أ).{\displaystyle \left.{\frac {dy}{dx}}\right|_{x=a}{\text{ or }}{\frac {dy}{dx}}(a).}

تتيح طريقة لايبنتز تحديد المتغير المراد اشتقاقه (في المقام). وهذا مفيدٌ للغاية عند دراسة المشتقات الجزئية . كما أنها تُسهّل تذكّر قاعدة السلسلة والتعرّف عليها.دyدx=دyدuدuدx.{\displaystyle {\frac {dy}{dx}}={\frac {dy}{du}}\cdot {\frac {du}{dx}}.}

لا تتطلب رموز لايبنتز للتفاضل إسناد معنى لرموز مثل dx أو dy (المعروفة بالتفاضلات ) بشكل منفرد، ولا يحاول بعض المؤلفين إسناد معنى لهذه الرموز. [ 1 ] تعامل لايبنتز مع هذه الرموز على أنها متناهية الصغر . وقد أسند إليها مؤلفون لاحقون معاني أخرى، مثل متناهية الصغر في التحليل غير القياسي ، أو المشتقات الخارجية . عادةً، يُترك dx غير مُعرَّف أو يُساوى بـΔx{\displaystyle \Delta x}بينما يُعطى dy معنىً بدلالة dx ، من خلال المعادلة

دy=دyدxدx،{\displaystyle dy={\frac {dy}{dx}}\cdot dx,}

والتي يمكن كتابتها أيضاً على سبيل المثال،

دو=و(x)دx{\displaystyle df=f'(x)\cdot dx}

(انظر أدناه ). تؤدي هذه المعادلات إلى ظهور المصطلحات الموجودة في بعض النصوص حيث يُشار إلى المشتق باسم "معامل التفاضل" ( معامل dx ) .

يستخدم بعض المؤلفين والمجلات رمز التفاضل d بالخط الروماني بدلاً من الخط المائل : d x . ويوصي دليل الأسلوب العلمي ISO/IEC 80000 بهذا الأسلوب.

تدوين لاغرانج

f ( x )
دالة f لـ x ، مشتقة مرة واحدة في تدوين لاغرانج.

إحدى أكثر طرق التفاضل الحديثة شيوعًا تُنسب إلى جوزيف لويس لاغرانج ، مع أنها في الواقع من ابتكار أويلر ، وقد شاع استخدامها بفضل لاغرانج. في طريقة لاغرانج، تشير علامة الفتحة (') إلى المشتقة، ولذا تُسمى أحيانًا طريقة الفتحة . إذا كانت f دالة، فإن مشتقتها عند x تُكتب على النحو التالي:

و(x).{\displaystyle f'(x).}

ظهرت لأول مرة مطبوعة في عام 1749. [ 3 ]

تُشار إلى المشتقات العليا باستخدام علامات الفتحة الإضافية، كما فيو"(x){\displaystyle f''(x)}للمشتقة الثانية وو(x){\displaystyle f'''(x)}بالنسبة للمشتقة الثالثة . يصبح استخدام علامات الفتحة المتكررة غير عملي في نهاية المطاف؛ ويستمر بعض المؤلفين في استخدام الأرقام الرومانية ، عادةً بأحرف صغيرة، [ 4 ] [ 5 ] كما في

وأناv(x)،وv(x)،وvأنا(x)،...،{\displaystyle f^{\mathrm {iv} }(x),f^{\mathrm {v} }(x),f^{\mathrm {vi} }(x),\ldots ,}

للدلالة على المشتقات من الرتبة الرابعة والخامسة والسادسة وما فوق. ويستخدم مؤلفون آخرون الأرقام العربية بين قوسين، كما في

و(4)(x)،و(5)(x)،و(6)(x)،....{\displaystyle f^{(4)}(x),f^{(5)}(x),f^{(6)}(x),\ldots .}

تُتيح هذه الصيغة أيضًا وصف المشتقة النونية ، حيث n متغير. ويُكتب هذا على النحو التالي:

و(ن)(x).{\displaystyle f^{(n)}(x).}

تتضمن أحرف يونيكود المتعلقة بتدوين لاغرانج ما يلي:

  • U+2032 PRIME (مشتق)
  • U+2033 عدد أولي مزدوج (مشتق مزدوج)
  • U+2034 عدد أولي ثلاثي (مشتق ثالث)
  • U+2057 عدد أولي رباعي (المشتقة الرابعة)

عندما يكون هناك متغيران مستقلان لدالة ماو(x،y){\displaystyle f(x,y)}، يتم استخدام الترميز التالي أحيانًا: [ 6 ]

و=وx=وxو=وy=وyو=2وx2=وxxو=2وyx =وxyو=2وy2=وyy{\displaystyle {\begin{aligned}f^{\prime }&={\frac {\partial f}{\partial x}}=f_{x}\\[5pt]f_{\prime }&={\frac {\partial f}{\partial y}}=f_{y}\\[5pt]f^{\prime \prime }&={\frac {\partial ^{2}f}{\partial x^{2}}}=f_{xx}\\[5pt]f_{\prime }^{\prime }&={\frac {\partial ^{2}f}{\partial y\partial x}}\ =f_{xy}\\[5pt]f_{\prime \prime }&={\frac {\partial ^{2}f}{\partial y^{2}}}=f_{yy}\end{aligned}}}

تدوين لاغرانج للتفاضل العكسي

f ( -1 ) ( x ) f ( -2 ) ( x )
التكاملات غير المحددة المفردة والمزدوجة للدالة f بالنسبة إلى x ، في تدوين لاغرانج.

عند أخذ الدالة الأصلية، اتبع لاغرانج ترميز لايبنتز: [ 7 ]

و(x)=و(x)دx=yدx.{\displaystyle f(x)=\int f'(x)\,dx=\int y'\,dx.}

مع ذلك، ولأن التكامل هو العملية العكسية للتفاضل، فإن ترميز لاغرانج للمشتقات من الرتب العليا يمتد ليشمل التكاملات أيضًا. ويمكن كتابة التكاملات المتكررة للدالة f على النحو التالي:

و(-1)(x){\displaystyle f^{(-1)}(x)}بالنسبة للتكامل الأول (وهذا يُخلط بسهولة مع الدالة العكسية) .و-1(x){\displaystyle f^{-1}(x)})
و(-2)(x){\displaystyle f^{(-2)}(x)}بالنسبة للتكامل الثاني،
و(-3)(x){\displaystyle f^{(-3)}(x)}بالنسبة للتكامل الثالث، و
و(-ن)(x){\displaystyle f^{(-n)}(x)}للتكامل النوني .

تدوين D

D x y D 2 f
المشتقة x لـ y والمشتقة الثانية لـ f ، باستخدام ترميز أويلر.

يُطلق على هذا الترميز أحيانًا اسمعلى الرغم من أن تدوين أويلر قد تم تقديمه بواسطةلويس فرانسوا أنطوان أربوغاست، [ 8 ] ويبدو أنليونارد أويلرلم يستخدمه.

تستخدم هذه الصيغة مُؤثرًا تفاضليًا يُرمز له بـ D ( مُؤثر D ) [ 9 ] أو ( مُؤثر نيوتن-لايبنيز ). [ 10 ] وعند تطبيقه على دالة f ( x ) ، يُعرَّف كما يلي:

(دو)(x)=دو(x)دx.{\displaystyle (Df)(x)={\frac {df(x)}{dx}}.}

يتم تدوين المشتقات العليا على أنها "قوى" D (حيث تشير الأرقام المرتفعة إلى التركيب المتكرر لـ D )، كما هو الحال في [ 6 ].

د2و{\displaystyle D^{2}f}بالنسبة للمشتقة الثانية،
د3و{\displaystyle D^{3}f}بالنسبة للمشتقة الثالثة، و
دنو{\displaystyle D^{n}f}للمشتقة النونية .

يُبقي ترميز D المتغير الذي يتم التفاضل بالنسبة إليه ضمنيًا. ومع ذلك، يمكن أيضًا توضيح هذا المتغير بوضع اسمه كدليل سفلي: إذا كانت f دالة لمتغير x ، فيتم ذلك بكتابة [ 6 ].

دxو{\displaystyle D_{x}f}بالنسبة للمشتقة الأولى،
دx2و{\displaystyle D_{x}^{2}f}بالنسبة للمشتقة الثانية،
دx3و{\displaystyle D_{x}^{3}f}بالنسبة للمشتقة الثالثة، و
دxنو{\displaystyle D_{x}^{n}f}للمشتقة النونية .

عندما تكون f دالة لعدة متغيرات، فمن الشائع استخدام " "، وهو حرف صغير مائل مزخرف، بدلاً من " D ". وكما ذُكر أعلاه، تشير الرموز السفلية إلى المشتقات التي يتم حسابها. على سبيل المثال، المشتقات الجزئية الثانية لدالة ماو(x،y){\displaystyle f(x,y)}هي: [ 6 ]

xxو=2وx2،xyو=2وyx،yxو=2وxy،yyو=2وy2.{\displaystyle {\begin{aligned}&\partial _{xx}f={\frac {\partial ^{2}f}{\partial x^{2}}},\\[5pt]&\partial _{xy}f={\frac {\partial ^{2}f}{\partial y\,\partial x}},\\[5pt]&\partial _{yx}f={\frac {\partial ^{2}f}{\partial x\,\partial y}},\\[5pt]&\partial _{yy}f={\frac {\partial ^{2}f}{\partial y^{2}}}.\end{aligned}}}

انظر §  المشتقات الجزئية .

يُعدّ الترميز D مفيدًا في دراسة المعادلات التفاضلية وفي الجبر التفاضلي .

رمز D للمشتقات العكسية

D 1 x y D 2 f
الدالة الأصلية لـ y من الرتبة x والدالة الأصلية الثانية لـ f ، باستخدام ترميز أويلر.

يمكن استخدام تدوين D للمشتقات العكسية بنفس الطريقة التي يتم بها استخدام تدوين لاغرانج [ 11 ] كما يلي [ 10 ]

د-1و(x){\displaystyle D^{-1}f(x)}بالنسبة لأول مضاد مشتق،
د-2و(x){\displaystyle D^{-2}f(x)}بالنسبة لمشتق مضاد ثانٍ، و
د-نو(x){\displaystyle D^{-n}f(x)}لمشتق مضاد من الرتبة n .

تدوين نيوتن

المشتقة الأولى والثانية لـ x ، وفقًا لترميز نيوتن.

يستخدم إسحاق نيوتن في تدوينه للتفاضل (ويُسمى أيضًا تدوين النقطة ، أو التدفقات ، أو أحيانًا، بشكل مبسط، تدوين النقاط الصغيرة [ 12 ] للتفاضل) نقطةً فوق المتغير التابع. أي، إذا كانت y دالة في t ، فإن مشتقة y بالنسبة إلى t هي

y˙{\displaystyle {\dot {y}}}

يتم تمثيل المشتقات العليا باستخدام نقاط متعددة، كما في

y¨،y...{\displaystyle {\ddot {y}},{\overset {...}{y}}}

قام نيوتن بتوسيع هذه الفكرة إلى حد كبير: [ 13 ]

y¨د2yدت2=ددت(دyدت)=ددت(y˙)=ددت(و(ت))=دت2y=و"(ت)=yت"y...=y¨˙د3yدت3=دت3y=و(ت)=yتy˙4=y....=y¨¨د4yدت4=دت4y=وأناV(ت)=yت(4)y˙5=y...¨=y¨¨˙=y¨˙¨د5yدت5=دت5y=وV(ت)=yت(5)y˙6=y......د6yدت6=دت6y=وVأنا(ت)=yت(6)y˙7=y......˙د7yدت7=دت7y=وVأناأنا(ت)=yت(7)y˙10=y¨¨¨¨¨د10yدت10=دت10y=وX(ت)=yت(10)y˙ندنyدتن=دتنy=و(ن)(ت)=yت(ن){\displaystyle {\begin{aligned}{\ddot {y}}&\equiv {\frac {d^{2}y}{dt^{2}}}={\frac {d}{dt}}\left({\frac {dy}{dt}}\right)={\frac {d}{dt}}{\Bigl (}{\dot {y}}{\Bigr )}={\frac {d}{dt}}{\Bigl (}f'(t){\Bigr )}=D_{t}^{2}y=f''(t)=y''_{t}\\[5pt]{\overset {...}{y}}&={\dot {\ddot {y}}}\equiv {\frac {d^{3}y}{dt^{3}}}=D_{t}^{3}y=f'''(t)=y'''_{t}\\[5pt]{\overset {\,4}{\dot {y}}}&={\overset {....}{y}}={\ddot {\ddot {y}}}\equiv {\frac {d^{4}y}{dt^{4}}}=D_{t}^{4}y=f^{\rm {IV}}(t)=y_{t}^{(4)}\\[5pt]{\overset {\,5}{\dot {y}}}&={\ddot {\overset {...}{y}}}={\dot {\ddot {\ddot {y}}}}={\ddot {\dot {\ddot {y}}}}\equiv {\frac {d^{5}y}{dt^{5}}}=D_{t}^{5}y=f^{\rm {V}}(t)=y_{t}^{(5)}\\[5pt]{\overset {\,6}{\dot {y}}}&={\overset {...}{\overset {...}{y}}}\equiv {\frac {d^{6}y}{dt^{6}}}=D_{t}^{6}y=f^{\rm {VI}}(t)=y_{t}^{(6)}\\[5pt]{\overset {\,7}{\dot {y}}}&={\dot {\overset {...}{\overset {...}{y}}}}\equiv {\frac {d^{7}y}{dt^{7}}}=D_{t}^{7}y=f^{\rm {VII}}(t)=y_{t}^{(7)}\\[5pt]{\overset {\,10}{\dot {y}}}&={\ddot {\ddot {\ddot {\ddot {\ddot {y}}}}}}\equiv {\frac {d^{10}y}{dt^{10}}}=D_{t}^{10}y=f^{\rm {X}}(t)=y_{t}^{(10)}\\[5pt]{\overset {\,n}{\dot {y}}}&\equiv {\frac {d^{n}y}{dt^{n}}}=D_{t}^{n}y=f^{(n)}(t)=y_{t}^{(n)}\end{aligned}}}

تتضمن أحرف يونيكود المتعلقة بتدوين نيوتن ما يلي:

  • U+0307 ̇ دمج النقطة أعلاه (مشتق)
  • U+0308 ̈ دمج الدياريزيس (المشتق المزدوج)
  • U+20DB COMBINING THIRE DOTS ABOVE (third derivative) ← replaced by "combining diaeresis" + "combining dot above".
  • U+20DC COMBINING FOUR DOTS ABOVE (fourth derivative) ← replaced by "combining diaeresis" twice.
  • U+030D ̍ دمج الخط العمودي أعلاه (متكامل)
  • U+030E ̎ دمج الخط الرأسي المزدوج أعلاه (التكامل الثاني)
  • U+25AD مستطيل أبيض (متكامل)
  • U+20DE دمج المربع المحيط (تكامل)
  • U+1DE0 دمج الحرف اللاتيني الصغير N ( المشتق النوني )

يُستخدم ترميز نيوتن عمومًا عندما يُمثل المتغير المستقل الزمن . إذا كان الموقع y دالةً في t ، فإنy˙{\displaystyle {\dot {y}}}يشير إلى السرعة [ 14 ] وy¨{\displaystyle {\ddot {y}}}يرمز إلى التسارع . [ 15 ] هذا الترميز شائع في الفيزياء والفيزياء الرياضية . كما يظهر في مجالات الرياضيات المرتبطة بالفيزياء مثل المعادلات التفاضلية .

عند حساب مشتقة المتغير التابع y = f ( x )، توجد صيغة بديلة: [ 16 ]

y˙x˙=y˙:x˙دyدت:دxدت=دyدتدxدت=دyدx=ددx(و(x))=دy=و(x)=y.{\displaystyle {\frac {\dot {y}}{\dot {x}}}={\dot {y}}:{\dot {x}}\equiv {\frac {dy}{dt}}:{\frac {dx}{dt}}={\frac {\frac {dy}{dt}}{\frac {dx}{dt}}}={\frac {dy}{dx}}={\frac {d}{dx}}{\Bigl (}f(x){\Bigr )}=Dy=f'(x)=y'.}

طوّر نيوتن المؤثرات التفاضلية الجزئية التالية باستخدام النقاط الجانبية على منحنى X (ⵋ). التعريفات التي قدمها وايتسايد موضحة أدناه: [ 17 ] [ 18 ]

X = و(x،y)،X = xوx=xوx،X = yوy=yوy،:X أو (X) = x22وx2=x2وxx،X: أو (X) = y22وy2=y2وyy،X  = xy2وxy=xyوxy،{\displaystyle {\begin{aligned}{\mathcal {X}}\ &=\ f(x,y)\,,\\[5pt]\cdot {\mathcal {X}}\ &=\ x{\frac {\partial f}{\partial x}}=xf_{x}\,,\\[5pt]{\mathcal {X}}\!\cdot \ &=\ y{\frac {\partial f}{\partial y}}=yf_{y}\,,\\[5pt]\colon \!{\mathcal {X}}\,{\text{ or }}\,\cdot \!\left(\cdot {\mathcal {X}}\right)\ &=\ x^{2}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial x^{2}}}=x^{2}f_{xx}\,,\\[5pt]{\mathcal {X}}\colon \,{\text{ or }}\,\left({\mathcal {X}}\cdot \right)\!\cdot \ &=\ y^{2}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial y^{2}}}=y^{2}f_{yy}\,,\\[5pt]\cdot {\mathcal {X}}\!\cdot \ \ &=\ xy{\frac {\partial ^{2}f}{\partial x\,\partial y}}=xyf_{xy}\,,\end{aligned}}}

رمز نيوتن للتكامل

المشتقة الأصلية الأولى والثانية لـ x ، في إحدى تدوينات نيوتن.

قام نيوتن بتطوير العديد من الرموز المختلفة للتكامل في كتابه Quadratura curvarum (1704) وأعماله اللاحقة : فقد كتب شريطًا رأسيًا صغيرًا أو علامة الفتحة فوق المتغير التابع ( )، أو مستطيلًا بادئًا ( ▭y )، أو إحاطة الحد بمستطيل ( y ) للدلالة على التكامل السلس أو التكامل الزمني ( absement ) .

y=y˙y˙دت=و(ت)دت=دت-1(دتy)=و(ت)+ج0=yت+ج0y=yyدت=و(ت)دت=دت-1y=F(ت)+ج1{\displaystyle {\begin{aligned}y&=\Box {\dot {y}}\equiv \int {\dot {y}}\,dt=\int f'(t)\,dt=D_{t}^{-1}(D_{t}y)=f(t)+C_{0}=y_{t}+C_{0}\\{\overset {\,\prime }{y}}&=\Box y\equiv \int y\,dt=\int f(t)\,dt=D_{t}^{-1}y=F(t)+C_{1}\end{aligned}}}

للدلالة على التكاملات المتعددة، استخدم نيوتن خطين عموديين صغيرين أو علامات الفتحة ( )، أو مزيجًا من الرموز السابقة ، للدلالة على التكامل الزمني الثاني (غياب).

y=yyدت=F(ت)دت=دت-2y=ز(ت)+ج2{\displaystyle {\overset {\,\prime \prime }{y}}=\Box {\overset {\,\prime }{y}}\equiv \int {\overset {\,\prime }{y}}\,dt=\int F(t)\,dt=D_{t}^{-2}y=g(t)+C_{2}}

كانت التكاملات الزمنية ذات الرتبة الأعلى كما يلي: [ 19 ]

y=yyدت=ز(ت)دت=دت-3y=جي(ت)+ج3y=yyدت=جي(ت)دت=دت-4y=ح(ت)+ج4yن=yن-1yن-1دت=s(ت)دت=دت-نy=S(ت)+جن{\displaystyle {\begin{aligned}{\overset {\,\prime \prime \prime }{y}}&=\Box {\overset {\,\prime \prime }{y}}\equiv \int {\overset {\,\prime \prime }{y}}\,dt=\int g(t)\,dt=D_{t}^{-3}y=G(t)+C_{3}\\{\overset {\,\prime \prime \prime \prime }{y}}&=\Box {\overset {\,\prime \prime \prime }{y}}\equiv \int {\overset {\,\prime \prime \prime }{y}}\,dt=\int G(t)\,dt=D_{t}^{-4}y=h(t)+C_{4}\\{\overset {\;n}{\overset {\,\prime }{y}}}&=\Box {\overset {\;n-1}{\overset {\,\prime }{y}}}\equiv \int {\overset {\;n-1}{\overset {\,\prime }{y}}}\,dt=\int s(t)\,dt=D_{t}^{-n}y=S(t)+C_{n}\end{aligned}}}

لم تنتشر هذه الرموز الرياضية على نطاق واسع بسبب صعوبات الطباعة والجدل الدائر حول حساب التفاضل والتكامل بين لايبنتز ونيوتن .

المشتقات الجزئية

f x f xy
دالة f مشتقة بالنسبة إلى x ، ثم بالنسبة إلى x و y .

عندما تكون هناك حاجة إلى أنواع أكثر تحديدًا من التفاضل، كما هو الحال في حساب التفاضل والتكامل متعدد المتغيرات أو تحليل الموترات ، فإن الرموز الأخرى شائعة.

بالنسبة لدالة f لمتغير مستقل واحد x ، يمكننا التعبير عن المشتقة باستخدام الرموز السفلية للمتغير المستقل:

وx=دودxوxx=د2ودx2.{\displaystyle {\begin{aligned}f_{x}&={\frac {df}{dx}}\\[5pt]f_{xx}&={\frac {d^{2}f}{dx^{2}}}.\end{aligned}}}

يُعد هذا النوع من الترميز مفيدًا بشكل خاص لأخذ المشتقات الجزئية لدالة ذات عدة متغيرات.

∂f / ∂x
دالة f مشتقة بالنسبة إلى x .

تُفرّق المشتقات الجزئية عمومًا عن المشتقات العادية باستبدال المؤثر التفاضلي d بالرمز " ". على سبيل المثال، يمكننا الإشارة إلى المشتقة الجزئية للدالة f ( x , y , z ) بالنسبة إلى x ، ولكن ليس بالنسبة إلى y أو بعدة طرق:

وx=وx=xو.{\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial x}}=f_{x}=\partial _{x}f.}

ما يجعل هذا التمييز مهمًا هو أن المشتقة غير الجزئية مثلدودx{\displaystyle \textstyle {\frac {df}{dx}}}قد يُفسَّر ذلك، بحسب السياق، على أنه معدل تغير فيو{\displaystyle f}بالنسبة إلىx{\displaystyle x}عندما يُسمح لجميع المتغيرات بالتغير في وقت واحد، بينما مع مشتق جزئي مثلوx{\displaystyle \textstyle {\frac {\partial f}{\partial x}}}من الواضح أنه يجب أن يتغير متغير واحد فقط.

توجد رموز أخرى في مختلف فروع الرياضيات والفيزياء والهندسة؛ انظر على سبيل المثال علاقات ماكسويل في الديناميكا الحرارية . الرمز(تيV)S{\displaystyle \left({\frac {\partial T}{\partial V}}\right)_{\!S}}هي مشتقة درجة الحرارة T بالنسبة للحجم V مع الحفاظ على ثبات الإنتروبيا (الرمز السفلي) S ، بينما(تيV)P{\displaystyle \left({\frac {\partial T}{\partial V}}\right)_{\!P}}هي مشتقة درجة الحرارة بالنسبة للحجم مع الحفاظ على ثبات الضغط P. يصبح هذا ضرورياً في الحالات التي يتجاوز فيها عدد المتغيرات درجات الحرية، بحيث يتعين على المرء اختيار المتغيرات الأخرى التي يجب تثبيتها.

تُعبّر المشتقات الجزئية من الرتب العليا بالنسبة لمتغير واحد عن نفسها كما يلي:

2وx2=وxx،3وx3=وxxx،{\displaystyle {\begin{aligned}&{\frac {\partial ^{2}f}{\partial x^{2}}}=f_{xx},\\[5pt]&{\frac {\partial ^{3}f}{\partial x^{3}}}=f_{xxx},\end{aligned}}}

وهكذا. يمكن التعبير عن المشتقات الجزئية المختلطة على النحو التالي:

2وyx=وxy.{\displaystyle {\frac {\partial ^{2}f}{\partial y\,\partial x}}=f_{xy}.}

في هذه الحالة الأخيرة، تُكتب المتغيرات بترتيب عكسي بين التدوينين، كما هو موضح على النحو التالي:

(وx)y=وxy،y(وx)=2وyx.{\displaystyle {\begin{aligned}&(f_{x})_{y}=f_{xy},\\[5pt]&{\frac {\partial }{\partial y}}\!\left({\frac {\partial f}{\partial x}}\right)={\frac {\partial ^{2}f}{\partial y\,\partial x}}.\end{aligned}}}

يُستخدم ما يُسمى بالترميز متعدد المؤشرات في الحالات التي يصبح فيها الترميز المذكور أعلاه مُرهقًا أو غير مُعبر بشكل كافٍ. عند النظر في الدوال علىRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}نُعرّف الفهرس المتعدد بأنه قائمة مرتبة منن{\displaystyle n}الأعداد الصحيحة غير السالبة:α=(α1،...،αن)، αأناZ0{\displaystyle \alpha =(\alpha _{1},\ldots ,\alpha _{n}),\ \alpha _{i}\in \mathbb {Z} _{\geq 0}}ثم نحدد، من أجلو:RنX{\displaystyle f:\mathbb {R} ^{n}\to X}، التدوين

αو=α1x1α1αنxنαنو{\displaystyle \partial ^{\alpha }f={\frac {\partial ^{\alpha _{1}}}{\partial x_{1}^{\alpha _{1}}}}\cdots {\frac {\partial ^{\alpha _{n}}}{\partial x_{n}^{\alpha _{n}}}}f}

وبهذه الطريقة يمكن التعبير عن بعض النتائج (مثل قاعدة لايبنتز ) التي يصعب كتابتها بطرق أخرى بإيجاز - ويمكن العثور على بعض الأمثلة في المقالة المتعلقة بالمؤشرات المتعددة . [ 20 ]

الرموز في حساب المتجهات

يهتم حساب المتجهات بتفاضل وتكامل الحقول المتجهة أو العددية . وتُستخدم عدة رموز خاصة بحالة الفضاء الإقليدي ثلاثي الأبعاد.

افترض أن ( x , y , z ) هو نظام إحداثيات ديكارتية معطى ، وأن A هو حقل متجهي ذو مركباتأ=(أx،أy،أz){\displaystyle \mathbf {A} =(A_{x},A_{y},A_{z})}وذلكφ=φ(x،y،z){\displaystyle \varphi =\varphi (x,y,z)}هو حقل قياسي .

يُعرَّف المؤثر التفاضلي الذي قدمه ويليام روان هاميلتون ، والذي يُكتب ويُسمى del أو nabla، بشكل رمزي في صورة متجه.

=(x،y،z)،{\displaystyle \nabla =\left({\frac {\partial }{\partial x}},{\frac {\partial }{\partial y}},{\frac {\partial }{\partial z}}\right)\!,}

حيث تعكس المصطلحات بشكل رمزي أن العامل ∇ سيتم التعامل معه أيضًا كمتجه عادي.

φ
تدرج الحقل القياسي φ .
  • التدرج اللوني : التدرج اللونيزرأدφ{\displaystyle \mathrm {grad\,} \varphi }من الحقل القياسيφ{\displaystyle \varphi }هو متجه، يتم التعبير عنه رمزياً بضرب في حقل قياسيφ{\displaystyle \varphi }،
خريجφ=(φx،φy،φz)=(x،y،z)φ=φ{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {grad} \varphi &=\left({\frac {\partial \varphi }{\partial x}},{\frac {\partial \varphi }{\partial y}},{\frac {\partial \varphi }{\partial z}}\right)\\&=\left({\frac {\partial }{\partial x}},{\frac {\partial }{\partial y}},{\frac {\partial }{\partial z}}\right)\varphi \\&=\nabla \varphi \end{aligned}}}
∇∙ أ
تباعد حقل المتجهات A.
  • التباعد : التباعددأناvأ{\displaystyle \mathrm {div} \,\mathbf {A} }حقل المتجهات A هو كمية قياسية، والتي يتم التعبير عنها رمزياً بالضرب النقطي لـ ∇ والمتجه A ،
divأ=أxx+أyy+أzz=(x،y،z)أ=أ{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {div} \mathbf {A} &={\partial A_{x} \over \partial x}+{\partial A_{y} \over \partial y}+{\partial A_{z} \over \partial z}\\&=\left({\frac {\partial }{\partial x}},{\frac {\partial }{\partial y}},{\frac {\partial }{\partial z}}\right)\cdot \mathbf {A} \\&=\nabla \cdot \mathbf {A} \end{aligned}}}
2 φ
لابلاس الحقل القياسي φ .
  • اللابلاسي : اللابلاسيdivخريجφ{\displaystyle \operatorname {div} \operatorname {grad} \varphi }من الحقل القياسيφ{\displaystyle \varphi }هو كمية قياسية، يتم التعبير عنها رمزياً بالضرب القياسي لـ ∇² والحقل القياسي φ ،
divخريجφ=(φ)=()φ=2φ=Δφ{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {div} \operatorname {grad} \varphi &=\nabla \cdot (\nabla \varphi )\\&=(\nabla \cdot \nabla )\varphi \\&=\nabla ^{2}\varphi \\&=\Delta \varphi \\\end{aligned}}}
∇× أ
التفاف حقل المتجهات A.
  • الدوران : الدورانجuرلأ{\displaystyle \mathrm {curl} \,\mathbf {A} }، أورoتأ{\displaystyle \mathrm {rot} \,\mathbf {A} }، من حقل المتجهات A هو متجه، والذي يتم التعبير عنه رمزياً بالضرب الاتجاهي لـ ∇ والمتجه A ،
حليقةأ=(أzy-أyz،أxz-أzx،أyx-أxy)=(أzy-أyz)أنا+(أxz-أzx)ج+(أyx-أxy)ك=|أناجكxyzأxأyأz|=×أ{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {curl} \mathbf {A} &=\left({\partial A_{z} \over {\partial y}}-{\partial A_{y} \over {\partial z}},{\partial A_{x} \over {\partial z}}-{\partial A_{z} \over {\partial x}},{\partial A_{y} \over {\partial x}}-{\partial A_{x} \over {\partial y}}\right)\\&=\left({\partial A_{z} \over {\partial y}}-{\partial A_{y} \over {\partial z}}\right)\mathbf {i} +\left({\partial A_{x} \over {\partial z}}-{\partial A_{z} \over {\partial x}}\right)\mathbf {j} +\left({\partial A_{y} \over {\partial x}}-{\partial A_{x} \over {\partial y}}\right)\mathbf {k} \\&={\begin{vmatrix}\mathbf {i} &\mathbf {j} &\mathbf {k} \\{\cfrac {\partial }{\partial x}}&{\cfrac {\partial }{\partial y}}&{\cfrac {\partial }{\partial z}}\\A_{x}&A_{y}&A_{z}\end{vmatrix}}\\&=\nabla \times \mathbf {A} \end{aligned}}}

يمكن تعميم العديد من العمليات الرمزية للمشتقات بطريقة مباشرة باستخدام عامل التدرج في الإحداثيات الديكارتية. على سبيل المثال، توجد قاعدة ضرب متغير واحد لها نظير مباشر في ضرب الحقول العددية بتطبيق عامل التدرج، كما في

(وز)=وز+وز      (ϕψ)=(ϕ)ψ+ϕ(ψ).{\displaystyle (fg)'=f'g+fg'~~~\Longrightarrow ~~~\nabla (\phi \psi )=(\nabla \phi )\psi +\phi (\nabla \psi ).}

العديد من القواعد الأخرى من حساب التفاضل والتكامل لمتغير واحد لها نظائر في حساب المتجهات للتدرج والتباعد والالتفاف واللابلاس.

تم تطوير رموز إضافية لأنواع أكثر غرابة من الفضاءات. في الحسابات في فضاء مينكوفسكي ، يُرمز لمؤثر دالمبير ، والذي يُسمى أيضًا مؤثر دالمبير أو مؤثر الموجة أو مؤثر الصندوق، على النحو التالي:{\displaystyle \Box }أو كماΔ{\displaystyle \Delta }عندما لا يتعارض ذلك مع رمز اللابلاسي.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 فاربيرج، ديل إي؛ بورسيل، إدوين J.؛ ريجدون ، ستيفن إي. (2007). حساب التفاضل والتكامل (  الطبعة التاسعة). بيرسون برنتيس هول . ص.  104. ردمك 978-0131469686.
  2. ^ فاربيرج، بورسيل وريجدون (2007) ، ص. 125 - 126.
  3. ^ جروس ، يوهان. بريتكوبف، برنهارد كريستوف؛ مارتن، يوهان كريستيان. جليديتش، يوهان فريدريش (سبتمبر ١٧٤٩). "تدوين للتمايز" . نوفا اكتا إيروديتوروم : 512.
  4. موريس، كارلا سي. (28-07-2015). أساسيات حساب التفاضل والتكامل . ستارك، روبرت م.، 1930-2017. هوبوكين، نيو جيرسي. ISBN 9781119015314. OCLC 893974565 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  5. أوزبورن، جورج أ. (1908). حساب التفاضل والتكامل . بوسطن: دي سي هيث وشركاه. ص 63-65 . 
  6. 1 2 3 4 حساب التفاضل والتكامل ( أوغسطس دي مورغان ، 1842). الصفحات 267-268
  7. ^ لاغرانج ، طريقة جديدة للبحث عن المعادلات الحرفية من خلال سلسلة من Moyen (1770)، ص. 25-26. http://gdz.sub.uni-goettingen.de/dms/load/img/?PID=PPN308900308|LOG_0017&physid=PHYS_0031
  8. كاجوري، فلوريان (1923). "تاريخ رموز حساب التفاضل والتكامل" . حوليات الرياضيات . 25. قسم الرياضيات، جامعة برينستون: 7. doi : 10.2307/1967725 . JSTOR 1967725. تاريخ الاسترجاع : 2025-01-07 . 
  9. "المؤثر D - التفاضل - حساب التفاضل والتكامل - مرجع رياضي مع أمثلة محلولة" . www.codecogs.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 19-01-2016.
  10. 1 2 وايسشتاين، إريك و. "المؤثر التفاضلي". من ماث وورلد - مورد ويب من وولفرام. "المؤثر التفاضلي" . مؤرشف من الأصل في 21 يناير 2016. تم الاسترجاع في 7 فبراير 2016 .
  11. وايسشتاين، إريك و. "التكامل المتكرر". من ماث وورلد - مورد ويب من وولفرام. "التكامل المتكرر" . مؤرشف من الأصل في 1 فبراير 2016. تم الاسترجاع في 7 فبراير 2016 .
  12. زيل، دينيس ج. (2009). "1.1" . دورة تمهيدية في المعادلات التفاضلية ( الطبعة التاسعة). بلمونت، كاليفورنيا : بروكس/كول . ص 3. ISBN   978-0-495-10824-5.
  13. تم إعادة إنتاج ترميز نيوتن من:
    • المشتقات من الأولى إلى الخامسة: Quadratura curvarum ( نيوتن ، 1704)، ص 7 (ص 5r في المخطوطة الأصلية: "أوراق نيوتن : حول تربيع المنحنيات") . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-02-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-02-2016 . ).
    • المشتقات من الأولى إلى السابعة، والمشتقات من الرتبة n ، والمشتقات من الرتبة ( n +1): طريقة التدفقات ( نيوتن ، 1736)، الصفحات 313-318 والصفحة 265 (الصفحة 163 في المخطوطة الأصلية: "أوراق نيوتن : التدفقات") . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-04-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-02-05 . )
    • المشتقات من الأولى إلى الخامسة  : رسالة في التدفقات (كولن ماكلورين، 1742)، ص 613
    • المشتقات من الأولى إلى الرابعة والمشتقات من الرتبة n : المقالات "التفاضلية" و "التدفق"، قاموس الرياضيات البحتة والمختلطة (بيتر بارلو، 1814)
    • المشتقات من الأولى إلى الرابعة والعاشرة و ن : المواد 622 و 580 و 579 في تاريخ الرموز الرياضية (إف. كاجوري، 1929)
    • المشتقات من الرتبة الأولى إلى السادسة والمشتقات من الرتبة ن : الأوراق الرياضية لإسحاق نيوتن، المجلد 7، 1691-1695 (دي تي وايتسايد، 1976)، الصفحات 88 و17
    • المشتقات من الدرجة الأولى إلى الثالثة والمشتقات من الدرجة n : تاريخ التحليل (هانز نيلز يانكه، 2000)، الصفحات 84-85
    يمكن حذف النقطة الخاصة بالمشتقة من الرتبة n (yن{\displaystyle {\overset {\,n}{y}}})
  14. وايسشتاين، إريك و. "أوفر دوت". من ماث وورلد - مورد ويب من وولفرام. "أوفر دوت" . مؤرشف من الأصل في 2015-09-05 . تم الاسترجاع في 2016-02-05 .
  15. وايسشتاين، إريك و. "النقطة المزدوجة". من ماث وورلد - مورد ويب من وولفرام. "النقطة المزدوجة" . مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاسترجاع في 5 فبراير 2016 .
  16. المادة 580 في كتاب فلوريان كاجوري، تاريخ الرموز الرياضية (1929)، منشورات دوفر، نيويورك. ISBN 0-486-67766-4
  17. "أنماط الفكر الرياضي في أواخر القرن السابع عشر"، أرشيف تاريخ العلوم الدقيقة ، المجلد 1، العدد 3 (دي تي وايتسايد، 1961)، الصفحات 361-362، 378
  18. قدم إس بي إنجلسمان تعريفات أكثر دقة في كتابه " عائلات المنحنيات وأصول التفاضل الجزئي" (2000)، الصفحات 223-226
  19. تم إعادة إنتاج ترميز نيوتن للتكامل من:
    • التكاملات من الأول إلى الثالث: Quadratura curvarum ( نيوتن ، 1704)، ص 7 (ص 5r في المخطوطة الأصلية: "أوراق نيوتن : حول تربيع المنحنيات") . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-02-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-02-2016 . )
    • التكاملات من الأول إلى الثالث: طريقة التدفقات ( نيوتن ، 1736)، الصفحات 265-266 (الصفحة 163 في المخطوطة الأصلية: "أوراق نيوتن : التدفقات") . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-04-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-02-05 . )
    • التكاملات الرابعة: مذهب التدفقات (جيمس هودجسون، 1736)، الصفحات 54 و72
    • التكاملات من الدرجة الأولى إلى الدرجة الثانية: المواد 622 و 365 في تاريخ الرموز الرياضية (إف. كاجوري، 1929)
    يُستنتج رمز التكامل النوني من المشتقة النونية . ويمكن استخدامه في كتاب Methodus Incrementorum Directa & Inversa (بروك تايلور، 1715).
  20. تو، لورينغ دبليو. (2011). مقدمة في المتشعبات ( الطبعة الثانية). نيويورك: سبرينغر. ISBN  978-1-4419-7400-6. OCLC 682907530 .