導數的數值估計

若一個函數 f(x) 在某點 x0 可微, 則根據定義知道

將左右兩式取平均,得到
若我們已經透過圖形的觀察或理論推演,知道 f(x) 極可能在 x0 處可微,則可以用上式來計算導數 的估計值。 如果事先不知道是否可微,則要小心上面的算法。 例如當 f(x) 是偶函數時,不管它在 0 處是否可微, 上面的那個分數永遠是 0。看下面的第 4 個例子。

若無法從圖形或理論上判斷,而必須以數值估計, 則必須以高精度的數值計算,分別用越來越小的正數 h 分別去計算以上第一個式子中兩邊的極限。 若其數值有越來越多的位數相同,則上面的極限就非常可能存在, 而那些不變動的數字部分,就幾乎是極限。 如果兩邊的極限都可能存在,而且彼此相等, 則 f(x) 極可能在 x0 處可微。 否則,f(x) 極可能在 x0 處不可微。

我們用以下五個例子來實驗:

  1. f(x) = sin x, x0 = 0
  2. f(x) = 2x, x0 = 0
以下是提供實驗的 Maple Worksheet。您必須有 Maple 程式才能開啟。


Created: Apr 16, 1997
Last Revised: Oct 18, 1999
© Copyright 1999 Wei-Chang Shann 單維彰

利用 Maple 的任意高精度計算來觀察數值收斂的現象。


Created: Apr 16, 1997
Last Revised: Oct 11, 1999
© Copyright 1999 Wei-Chang Shann 單維彰