如果函数f在点x处是Fréchet可微的,那么是否成立f'(x)h = f'(x)(h1, 0) + f'(x)(0, h2),
其中h=(h1, h2)。
首先,回忆一下Fréchet导数的定义和性质,尤其是涉及多变量时的线性性。
Fréchet导数的一个关键性质是它是一个线性映射。也就是说,当f在x处Fréchet可微时,其导数f'(x)是一个线性算子,作用于增量h上。对于多变量的情况,比如h=(h1, h2),这时候可能需要分解h为两个部分,比如h1沿第一个方向,h2沿第二个方向。
这里将h分解成(h1, 0)和(0, h2),然后将导数作用于这两个分量再相加。这时候需要考虑线性算子的叠加性。因为线性算子的一个基本性质是满足加法齐次性,也就是L(a + b) = L(a) + L(b)。所以如果f'(x)是线性的,那么f'(x)(h1, h2)应该等于f'(x)(h1, 0) + f'(x)(0, h2)。不过,我需要验证这一点是否正确。
例如,假设f是定义在R²上的函数,x=(x1, x2),而h=(h1, h2)。Fréchet导数f'(x)应该是一个线性映射,可以表示为一个矩阵(比如Jacobian矩阵)。这时候,当应用这个导数到h上时,矩阵乘以向量h的结果就是各个偏导数与h的分量的线性组合。
比如Jacobian矩阵J = [∂f/∂x1, ∂f/∂x2],那么f'(x)h就是∂f/∂x1 * h1 + ∂f/∂x2 * h2。
那么分解h为(h1, 0)和(0, h2)的话,分别应用导数的话,应该是
J*(h1,0) = ∂f/∂x1 * h1,J*(0, h2) = ∂f/∂x2 * h2,然后两者的和也就是总的结果,
即J*h = ∂f/∂x1 h1 + ∂f/∂x2 h2。所以显然这两者是相等的。
因此,这说明如果f在x处Fréchet可微,那么其导数作为线性映射,确实满足分解后相加的性质。
根据Fréchet导数的线性性质,以下结论成立:
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总结:
因为Fréchet导数作为线性映射,满足线性叠加性,所以将h分解为两个方向的分量分别作用后再相加,结果应该等于直接作用在h上的结果。Fréchet导数的线性性保证了方向分量的可加性,因此原等式成立。
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