|如何利用“对数微分”简化求微过程?
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一般来说 , 对一元函数微分是比较容易的(可导与可微等价 , dy=f'(x)dx) , 特别是与它的分析对应物(积分)相比 。 在一些情况下 , 我们希望事情简单一些 。 例如 , 考虑以下函数:
这只不过是一个简单的实数多项式 。 然而 , 当涉及到微分时 , 它就不再那么简单了 。 乍一看 , 有(至少)两种微分(求导)方法 。
- 将括号里的内容展开 , 然后对每一项微分
- 使用乘积的微分法则 。
在上述情况下 , f的所有因子都是多项式 , 但如果我们有一个像下面这样的函数 , 会怎么样呢:
对数微分(Log-Differentiation)那么 , 对于像g(x)这样复杂的情况该怎么办 , 因为使用通常的乘积微分法则会花费大量的时间 。
我们可能还记得老师以前讲过 , 对数使运算更容易 , 因为指数变成了乘法 , 乘法变成了加法等等 。 我们可以通过取对数使这类函数的微分变得更加容易 。
例如 , 考虑一个像下面这样的函数f:
假设上述乘积中出现的所有因子都是可微的 , 也是正的 。 那么f是正的 , 所以g是有意义的 , 其中g是以下函数:
现在 , 请牢记:
很容易得到下面的函数:
另一方面 , 观察一下:
可以得到:
因此 , 我们得到了一个很好的f的求导公式 。 虽然在计算中大量使用了对数 , 但得到的公式却没有对数 , 这主要是由于对数的导数本身并不包括任何对数 , 除了f中可能出现的对数 。
推广在上面我们假设f的所有因子都是正的 。 然而 , 这并不是上述结果成立的必要条件 。 事实上 , 请看下面等式:
将上述内容与链式法则结合起来 , 我们得到以下结果:
因此 , 对于任何可微调且不为零的函数f , 上式也是成立的 。 就是说:
所以 , 上述公式适用于任何可微调且取非零值的函数 。 但是 , 对于有零值的函数又是怎样的呢?例如 , 假设f是一个这样的函数:
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