1、“.....通常 记作 或 或 这些都是 很容易理解 的 。我们 同 样 也 熟悉 些有关导数的性质,例如 但是像这样的记号 或 者 又代表什么意思呢 大多数的读者 之前肯定 没有遇到 过导数的阶数是 的。 因为几乎没有任何教科书 会 提到它。然而,这个概念早 在 世纪, 已经开始探讨 。 在之后的岁月里,包括 , , 等 数学大家和其他些数学家也出现过或者研究过的概念。现在 , 关于 分数微积分 的 文献 已经 大量 存在。近期 关于 分数微积分 的 两本研究生 教材也出版了 , 就是参考文献 和 。此外,两 篇 在会议上发表的论文 和 也 被 收录 。 在文献 已编制了 些 可读 性较强,较易理解的资料 , 虽然 这些都 还 没有 正式 出版......”。
2、“..... 而不是 像平常教科书里面的从定义 引理 定理的方法 介绍它。 我们 寻找了 个 新的 想法 去介绍 分数 阶 导数 。 首先 我们从 熟悉的 阶导数的例子 开始,比如 。 然后 用其他数字取 代 自然 数字 。 这种方式, 感觉 像 是 侦探 样 , 步步深入。 我们将 寻求蕴含在这个 构思 里面的 数学结构。我们 在 探 讨了各种思路,对分数阶导数 的概念 后,才 对分数 阶 导数 给出 正式定义 。 如果想 快速浏览 它的 正式定义 ,请参见 米勒 的优秀论文,参考文献 。 随着 探究的深入 ,我们 会不时地让 读者去思考些问题。对这些问题的答案 将 在本文的最后节 呈现 。 那 到底什么是个分数 阶导数呢 让我们 起 来看看 吧 指数函数的分数阶导数 我们将首先研究指数函数 的导数 。 因为他们 导数的形式......”。
3、“.....我们熟悉 的导数的 表达式。 , 在般情况下,当 为整数 时, 。 那么 我们能不能 用 取代 ,并记作 呢我们何不尝试下 为什么不更进步,让 是 个 无理数或 者 复数 比如 我们大胆地写 作 , 对任意个 , 无论是 整数, 有理数 , 无理数 , 还是复数 。当 是负整数 时, 考虑 式的 意义是 很 有趣的。我们 自 然希望 有 成立。因为 ,所以我们有 。同理 。 当 是负整数 时,我们将 看作是 次迭代 的 积分是合理。 当 是正实数, 代表导数......”。
4、“..... 代表积分。 请注意,我们还没 对 般 函数给出 分数 阶 导数的定义。但是,如果这定义被发现,我们期望指数函数 的分数阶导数 遵循关系 式 。我们注意到,刘维 尔 在他的论文 和 中就是 采用这种方法 去考虑微分的 。 问题 问 题 在 上述 情况下 , 成立吗 问题 在 上述 情况下 , 成立吗 问题 上述 和 , 真的 正确吗还是 遗漏 了些东西 问题 用蕴含在 式 的想法 ,怎样对般性的函数求分数阶导数 三角函数正弦函数和余弦函数 我们 对于 正弦函数的导数很熟悉 , 这 些对于寻求 ,并 没有明显的 规律。 但 是......”。
5、“.....会挖掘出其中的规律 。 即 每 当 我们 求次微分 , 的 图像向 左 平移 。 所以对 求 次微分,那么得到的图像就是 向 左 平移 , 即得到 。如前, 我们 用任意数 替换正整数 。所以,我们 得到 正弦 函数的任意 次导数的表达式 , 同理我们也得到 余弦 函数的 , 在 得到表达式 之后 , 我们 自然 想 , 这个 猜测与指数 函数的 结果 是否保持 致。 为了验证这个猜测 ,我们可以使用欧拉 公式 。利用表达式 ,我们可以计算 得 到 ,这与 式是吻合的......”。
6、“..... 我们 以 为例 有 表达式 用连乘 , 的 分子 和 分母 去替 换,则得到 结果 如下 , , 上式就是 的般表达式 。 我们 通过伽玛 函数 ,用任意数 替换正整数 。当 式中的 和 是不是自然数 时,伽玛 函数 使他们在替换后任然有意义 。伽马函数 是 欧拉 在 世纪 引进的概念 。当时是推广记号当 不是 整数 时。 它 的定义是 ,它 具有 这 样的性质 ,......”。
7、“..... 这使得当 不是整数 式, 式还是 有意义的 。 所以 对于任意的 , 我们 写作 利用 式 ,我们 可以将 分数 阶 导数 延伸到很多的函数 。 因为对于任意给定的函数,我们可以利用 级数展开 成多项式 的形式, , 假设我们 可以对 进行任意次微分,那么我们得到 最终 那个 表达式 呈现出具有 作为 分数阶导数定义候选项的气质。因为大量的函数都 可以利用 公式展开成幂级数的形式。然后, 我们很快会 发现 它 会导致矛盾的产生 ......”。
8、“..... 看看他们是否 致 。 从 级数 来看, 结合 式,我们得到如下表达式 但是, 及 是 不 等价的 ,除非 是 整数 。 当 是整数 时 , 式的 右侧是 的级数形 式,只是用不同的表达方式。但是当 不 是 整数时,我们得到两个完全不样的函数。 我们发现 了 历史上 引起大问题 的矛盾。 这 看 起 来好像我们 , 指数 函数 的分数 阶 导数 的 表达 式 与次方函数的分数阶导数的 公式 是相互矛盾 。 正是因为有这样个矛盾,所以分数阶微积分般不会出现在初等阶段的教科书里面。 在传统的微积分 中 , 导数的次数是整数次的 , 求导的 函数是初等函数。不幸的是, 在 分数 阶 微积分 中,这是不正确的 。 通常......”。
9、“..... 关于 分数阶导数 的 表 格 ,请参阅 文献 。 此时,您可能会问 我们 怎么 继续探究呢 这个谜团将在 之后 的部分 中被 解决。敬请关注 多重迭代积分 我们直在谈论 导数 。积分也 是反复被提及的 。我们可以写 ,但 是等式 右边是 不 确 定 的 。 我 们 可以 写 作 。 第二 次 积分 可以写成 。积分区域 是图 中 的三角形。如果我们交换 积分 的顺序, 那么图 的 右侧 图可以表现出 。 因为 不是 个关于 的函数,所以 可以 将里面的 积分 移到 外面 ,即 或者 ......”。
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