合成関数のヤコビアン
📂多変数ベクトル解析合成関数のヤコビアン
概要
関数f:Rn→Rmとg:Rm→Rkが与えられたとする。fのヤコビアンをJ(f)と表記しよう。すると、以下が成り立つ。
J(g∘f)=J(g)J(f)
説明
ヤコビアンは最も一般化された導関数であるため、上記の定理は連鎖律の一般化である。
証明
ヤコビアンの定義により、
J(g∘f)=∂x1∂(g∘f)1⋮∂x1∂(g∘f)k⋯⋱⋯∂xn∂(g∘f)1⋮∂xn∂(g∘f)k=∂x1∂g1⋮∂x1∂gk⋯⋱⋯∂xn∂g1⋮∂xn∂gk
この時gi=gi(f1(x),…,fm(x)))であるため、
∂xj∂gi=ℓ=1∑m∂fℓ∂gi∂xj∂fℓ
したがって、
J(g∘f)=== ℓ=1∑m∂fℓ∂g1∂x1∂fℓ⋮ℓ=1∑m∂fℓ∂gk∂x1∂fℓ⋯⋱⋯ℓ=1∑m∂fℓ∂g1∂xn∂fℓ⋮ℓ=1∑m∂fℓ∂gk∂xm∂fℓ ∂f1∂g1⋮∂f1∂gk⋯⋱⋯∂fm∂g1⋮∂fm∂gk∂x1∂f1⋮∂x1∂fm⋯⋱⋯∂xn∂f1⋮∂xn∂fm J(g)J(f)
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