∂h∂f(x)=(gradf(x))h (Satz 165X) ∣∣∣∣∂h∂f(x)∣∣∣∣=∣∣∣∣i=1∑n∂xi∂f(x)hi∣∣∣∣≤i=1∑n∣∣∣∣∂xi∂f(x)∣∣∣∣2i=1∑n∣hi∣2 (Cauchy-Schwarzsche Ungleichung) =∣∣gradf(x)∣∣2∣∣h∣∣2=∣∣gradf(x)∣∣2 für ∣∣h∣∣2=1. Damit ist jede Richtungsableitung kleiner als diejenige in Richtung des Gradienten, und in dieser Richtung h0:=∣∣gradf(x)∣∣2gradf(x) gilt: ∂h0∂f=(gradf(x))h0=(gradf(x))(∣∣gradf(x)∣∣2gradf(x))=∣∣gradf(x)∣∣2∣∣gradf(x)∣∣22=∣∣gradf(x)∣∣2 Da die Richtungsableitungen stets kleiner als der Gradient sind, gilt außerdem die Behauptung aus dem ersten Teil des Satzes. □
Damit wird der Unterschied f(a+h)−f(a) für "kleine" h durch den Ausdruck ∂x1∂f(a)h1+⋯+∂xn∂f(a)hn=f′(a)h annähernd gegeben. Auf dieser Formel beruht die Fehlerrechnung. Für kleine t∈R und h∈R mit ∣∣h∣∣2=1 wird der Unterschied f(a+th)−f(a)≈(gradf(x))th am grössten für h=∣∣gradf(a)∣∣2gradf(a) , d.h. die Richtung des Gradienten.
Strukturen sind die Waffen der Mathematiker.
N. Bourbaki
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