बहुचर कलन: Difference between revisions

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बहुभिन्नरूपी कलन (जिसे बहुभिन्नरूपी कलन के रूप में भी जाना जाता है) [[चर (गणित)|वेरिएबल (गणित)]] में कलन का विस्तार है जिसमें कई वास्तविक वेरिएबलों के कार्य के साथ कलन है: विभेदक कलन और कार्यों का [[अभिन्न]] अंग जिसमें केवल के अतिरिक्त कई वेरिएबल प्रयुक्त हैं।<ref name="CourantJohn1999">{{cite book|author1=Richard Courant|author2=Fritz John|title=पथरी और विश्लेषण खंड II/2 का परिचय|date=14 December 1999|publisher=Springer Science & Business Media|isbn=978-3-540-66570-0}}</ref> बहुभिन्नरूपी कलन को उन्नत कलन का प्राथमिक भाग माना जा सकता है। उन्नत कैलकुलस के लिए, [[यूक्लिडियन अंतरिक्ष पर कलन]] देखें। तीन आयामी अंतरिक्ष में कलन के विशेष स्थितियों को अधिकांशतः सदिश कलन कहा जाता है।
'''बहुचर कलन''' (जिसे बहुचर कलन के रूप में भी जाना जाता है) [[चर (गणित)]] में कलन का विस्तार है जिसमें कई वास्तविक चरों के कार्य के साथ कलन है: अवकल कलन और फलनों का अभिन्न अंग जिसमें केवल के अतिरिक्त कई चर प्रयुक्त हैं।<ref name="CourantJohn1999">{{cite book|author1=Richard Courant|author2=Fritz John|title=पथरी और विश्लेषण खंड II/2 का परिचय|date=14 December 1999|publisher=Springer Science & Business Media|isbn=978-3-540-66570-0}}</ref> बहुचर कलन को उन्नत कलन का प्राथमिक भाग माना जा सकता है। उन्नत कलन के लिए, यूक्लिडियन समष्टि पर कलन देखें। तीन आयामी समष्टि में कलन के विशेष स्थितियों को अधिकांशतः सदिश कलन कहा जाता है।


== विशिष्ट संचालन ==
== विशिष्ट संचालन ==


=== सीमाएं और निरंतरता ===
=== सीमाएं और निरंतरता ===
मल्टीवेरिएबल कैलकुलस में फ़ंक्शन की सीमा और निरंतर फ़ंक्शन का अध्ययन एकल-वैरिएबल फ़ंक्शंस द्वारा प्रदर्शित नहीं किए जाने वाले कई प्रतिकूल परिणाम उत्पन्न करता है।<ref name="CourantJohn1999"/> उदाहरण के लिए, उनके डोमेन में बिंदुओं के साथ दो वेरिएबल्स के स्केलर फ़ंक्शन हैं जो कई  रास्तों के साथ संपर्क करने पर कई  सीमाएँ देते हैं। उदा.
बहुचर कलन में फलन की सीमा और निरंतर फलन का अध्ययन एकल-चर फलन द्वारा प्रदर्शित नहीं किए जाने वाले कई प्रतिकूल परिणाम उत्पन्न करता है।<ref name="CourantJohn1999"/> उदाहरण के लिए, उनके डोमेन में बिंदुओं के साथ दो चर्स के स्केलर फलन हैं जो कई  रास्तों के साथ संपर्क करने पर कई  सीमाएँ देते हैं। उदा.
:<math>f(x,y) = \frac{x^2y}{x^4+y^2}</math>
:<math>f(x,y) = \frac{x^2y}{x^4+y^2}</math>
फ़ंक्शन का प्लॉट {{math|''f''(''x'', ''y'') {{=}} (''x''²y)/(''x''{{sup|4}} + ''y''{{sup|2}})}} बिंदु जब भी शून्य तक पहुंचता है <math>(0,0)</math> मूल के माध्यम से लाइनों के साथ संपर्क किया जाता है (<math>y=kx</math>). चूंकि, जब मूल [[परवलय]] के साथ संपर्क किया जाता है <math>y=\pm x^2</math>, फ़ंक्शन मान की सीमा होती है <math>\pm 1/2</math>. चूंकि ही बिंदु की ओर अलग-अलग रास्ते लेने से अलग-अलग सीमा मूल्य प्राप्त होते हैं, वहां सामान्य सीमा उपस्थित नहीं होती है।
फलन का प्लॉट {{math|''f''(''x'', ''y'') {{=}} (''x''²y)/(''x''{{sup|4}} + ''y''{{sup|2}})}} बिंदु जब भी शून्य तक पहुंचता है <math>(0,0)</math> मूल के माध्यम से लाइनों के साथ संपर्क किया जाता है (<math>y=kx</math>). चूंकि, जब मूल परवलय के साथ संपर्क किया जाता है <math>y=\pm x^2</math>, फलन मान की सीमा होती है <math>\pm 1/2</math>. चूंकि ही बिंदु की ओर अलग-अलग रास्ते लेने से अलग-अलग सीमा मूल्य प्राप्त होते हैं, वहां सामान्य सीमा उपस्थित नहीं होती है।


बहुभिन्नरूपी निरंतरता के लिए प्रत्येक तर्क में निरंतरता पर्याप्त नहीं होना भी निम्न उदाहरण से देखा जा सकता है।<ref name="CourantJohn1999" />{{rp|17–19}} विशेष रूप से, वास्तविक-मूल्यवान फ़ंक्शन के लिए दो वास्तविक-मूल्यवान पैरामीटर के साथ, <math>f(x,y)</math>, की निरंतरता <math>f</math> में <math>x</math> निश्चित के लिए <math>y</math> और की निरंतरता <math>f</math> में <math>y</math> निश्चित के लिए <math>x</math> की निरंतरता नहीं दर्शाता है <math>f</math>.
बहुचर निरंतरता के लिए प्रत्येक तर्क में निरंतरता पर्याप्त नहीं होना भी निम्न उदाहरण से देखा जा सकता है।<ref name="CourantJohn1999" />{{rp|17–19}} विशेष रूप से, वास्तविक-मूल्यवान फलन के लिए दो वास्तविक-मूल्यवान पैरामीटर के साथ, <math>f(x,y)</math>, की निरंतरता <math>f</math> में <math>x</math> निश्चित के लिए <math>y</math> और की निरंतरता <math>f</math> में <math>y</math> निश्चित के लिए <math>x</math> की निरंतरता नहीं दर्शाता है <math>f</math>.


विचार करना
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\end{cases}
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यह सत्यापित करना आसान है कि यह फ़ंक्शन सीमा पर और चतुर्भुज के बाहर परिभाषा द्वारा शून्य है <math>(0,1)\times (0,1)</math>. इसके अतिरिक्त, निरंतर के लिए परिभाषित कार्य <math>x</math> और <math>y</math> और <math>0 \le a \le 1</math> द्वारा
यह सत्यापित करना आसान है कि यह फलन सीमा पर और चतुर्भुज के बाहर परिभाषा द्वारा शून्य है <math>(0,1)\times (0,1)</math>. इसके अतिरिक्त, निरंतर के लिए परिभाषित कार्य <math>x</math> और <math>y</math> और <math>0 \le a \le 1</math> द्वारा
:<math>g_a(x) = f(x,a)\quad</math> और <math>\quad h_a(y) = f(a,y)\quad</math>
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निरंतर हैं। विशेष रूप से,
निरंतर हैं। विशेष रूप से,
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चूंकि, अनुक्रम <math>f \left(\tfrac{1}{n},\tfrac{1}{n}\right)</math> (प्राकृतिक के लिए <math>n</math>) में मिलती है <math>\lim_{n\to\infty}f \left(\tfrac{1}{n},\tfrac{1}{n}\right) = 1</math>, फ़ंक्शन को बंद के रूप में प्रस्तुत करना <math>(0,0)</math>. के समानांतर नहीं मूल बिंदु की ओर बढ़ रहा है <math>x</math>- और <math>y</math>-अक्ष इस असंततता को प्रकट करता है।
चूंकि, अनुक्रम <math>f \left(\tfrac{1}{n},\tfrac{1}{n}\right)</math> (प्राकृतिक के लिए <math>n</math>) में मिलती है <math>\lim_{n\to\infty}f \left(\tfrac{1}{n},\tfrac{1}{n}\right) = 1</math>, फलन को बंद के रूप में प्रस्तुत करना <math>(0,0)</math>. के समानांतर नहीं मूल बिंदु की ओर बढ़ रहा है <math>x</math>- और <math>y</math>-अक्ष इस असंततता को प्रकट करता है।


==== फ़ंक्शन रचना की निरंतरता ====
==== फलन रचना की निरंतरता ====
यदि <math>f(x,y)</math> पर निरंतर है <math>(a,b),</math> और <math>g</math> पर निरंतर एकल वेरिएबल फलन है <math>f(a,b),</math> फिर समग्र कार्य <math>h=g\circ f</math> द्वारा परिभाषित <math>h(x,y)=g(f(x,y))</math> पर निरंतर है <math>(a,b).</math>
यदि <math>f(x,y)</math> पर निरंतर है <math>(a,b),</math> और <math>g</math> पर निरंतर एकल चर फलन है <math>f(a,b),</math> फिर समग्र कार्य <math>h=g\circ f</math> द्वारा परिभाषित <math>h(x,y)=g(f(x,y))</math> पर निरंतर है <math>(a,b).</math>
उदाहरण के लिए, <math>\exp(x-y)</math> और <math>\ln(1+xy-4x+10y).</math>
उदाहरण के लिए, <math>\exp(x-y)</math> और <math>\ln(1+xy-4x+10y).</math>




==== निरंतर कार्यों के गुण ====
==== निरंतर फलनों के गुण ====


यदि <math>f(x,y)</math> और <math>g(x,y)</math> दोनों निरंतर हैं <math>(a,b)</math> तब
यदि <math>f(x,y)</math> और <math>g(x,y)</math> दोनों निरंतर हैं <math>(a,b)</math> तब
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{{main article|आंशिक व्युत्पन्न}}
{{main article|आंशिक व्युत्पन्न}}


आंशिक व्युत्पन्न उच्च आयामों के व्युत्पन्न की धारणा को सामान्यीकृत करता है। बहुभिन्नरूपी फ़ंक्शन का आंशिक व्युत्पन्न वेरिएबल के संबंध में व्युत्पन्न है जिसमें अन्य सभी वेरिएबल स्थिर होते हैं।<ref name="CourantJohn1999"/>
आंशिक व्युत्पन्न उच्च आयामों के व्युत्पन्न की धारणा को सामान्यीकृत करता है। बहुचर फलन का आंशिक व्युत्पन्न चर के संबंध में व्युत्पन्न है जिसमें अन्य सभी चर स्थिर होते हैं।<ref name="CourantJohn1999"/>
 
व्युत्पन्न के अधिक जटिल भाव बनाने के लिए आंशिक डेरिवेटिव को रोचक तरीके से जोड़ा जा सकता है। वेक्टर कलन का  ऑपरेटर (<math>\nabla</math>) आंशिक डेरिवेटिव के संदर्भ में [[ढाल]], [[विचलन]] और [[कर्ल (गणित)]] की अवधारणाओं को परिभाषित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। आंशिक डेरिवेटिव का मैट्रिक्स, [[जेकोबियन मैट्रिक्स और निर्धारक]] मैट्रिक्स, ऐच्छिक आयाम के दो स्थानों के बीच फ़ंक्शन के व्युत्पन्न का प्रतिनिधित्व करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। व्युत्पन्न को इस प्रकार [[रैखिक परिवर्तन]] के रूप में समझा जा सकता है जो फ़ंक्शन के डोमेन में बिंदु से बिंदु तक सीधे भिन्न होता है।
 
आंशिक अवकलज वाले अवकल समीकरणों को आंशिक अवकल समीकरण या पिडीइ  कहते हैं। साधारण अंतर समीकरणों की तुलना में इन समीकरणों को हल करना सामान्यतः अधिक कठिन होता है, जिसमें केवल वेरिएबल के संबंध में डेरिवेटिव होते हैं।<ref name="CourantJohn1999" />
 


व्युत्पन्न के अधिक जटिल भाव बनाने के लिए आंशिक डेरिवेटिव को रोचक तरीके से जोड़ा जा सकता है। सदिश कलन का  ऑपरेटर (<math>\nabla</math>) आंशिक डेरिवेटिव के संदर्भ में [[ढाल]], [[विचलन]] और [[कर्ल (गणित)]] की अवधारणाओं को परिभाषित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। आंशिक डेरिवेटिव का आव्यूह, [[जेकोबियन मैट्रिक्स और निर्धारक|जेकोबियन आव्यूह और निर्धारक]] आव्यूह, ऐच्छिक आयाम के दो स्थानों के बीच फलन के व्युत्पन्न का प्रतिनिधित्व करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। व्युत्पन्न को इस प्रकार [[रैखिक परिवर्तन]] के रूप में समझा जा सकता है जो फलन के डोमेन में बिंदु से बिंदु तक सीधे भिन्न होता है।


आंशिक अवकलज वाले अवकल समीकरणों को आंशिक अवकल समीकरण या पिडीइ  कहते हैं। साधारण अंतर समीकरणों की तुलना में इन समीकरणों को हल करना सामान्यतः अधिक कठिन होता है, जिसमें केवल चर के संबंध में डेरिवेटिव होते हैं।<ref name="CourantJohn1999" />
=== एकाधिक एकीकरण ===
=== एकाधिक एकीकरण ===
{{main article|एकाधिक अभिन्न}}
{{main article|एकाधिक अभिन्न}}


मल्टीपल इंटीग्रल किसी भी संख्या के वेरिएबल के कार्यों के लिए इंटीग्रल की अवधारणा का विस्तार करता है। विमान और अंतरिक्ष में क्षेत्रों और क्षेत्रों की मात्रा की गणना करने के लिए डबल और ट्रिपल इंटीग्रल का उपयोग किया जा सकता है। फ्यूबिनी की प्रमेय गारंटी देती है कि बहु अभिन्न का मूल्यांकन दोहराए गए अभिन्न या पुनरावृत्त अभिन्न के रूप में किया जा सकता है जब तक कि एकीकरण के पूरे क्षेत्र में एकीकृत निरंतर हो।<ref name="CourantJohn1999"/>
मल्टीपल इंटीग्रल किसी भी संख्या के चर के फलनों के लिए इंटीग्रल की अवधारणा का विस्तार करता है। विमान और समष्टि में क्षेत्रों और क्षेत्रों की मात्रा की गणना करने के लिए डबल और ट्रिपल इंटीग्रल का उपयोग किया जा सकता है। फ्यूबिनी की प्रमेय गारंटी देती है कि बहु अभिन्न का मूल्यांकन दोहराए गए अभिन्न या पुनरावृत्त अभिन्न के रूप में किया जा सकता है जब तक कि एकीकरण के पूरे क्षेत्र में एकीकृत निरंतर हो।<ref name="CourantJohn1999"/>


[[सतह अभिन्न]] और [[रेखा अभिन्न]] का उपयोग सरफेस (मैथमैटिक्स) और [[वक्र]] जैसे कर्व्ड [[विविध]] पर इंटीग्रेट करने के लिए किया जाता है।
[[सतह अभिन्न]] और [[रेखा अभिन्न]] का उपयोग सरफेस (मैथमैटिक्स) और [[वक्र]] जैसे कर्व्ड [[विविध]] पर इंटीग्रेट करने के लिए किया जाता है।


===कई आयामों में कलन की मौलिक प्रमेय===
===कई आयामों में कलन की मौलिक प्रमेय===
एकल-वेरिएबल कलन में, कलन का मौलिक प्रमेय व्युत्पन्न और अभिन्न के बीच कड़ी स्थापित करता है। बहुभिन्नरूपी कलन में व्युत्पन्न और अभिन्न के बीच की कड़ी सदिश कलन के अभिन्न प्रमेयों द्वारा सन्निहित है:<ref name="CourantJohn1999"/>
एकल-चर कलन में, कलन का मौलिक प्रमेय व्युत्पन्न और अभिन्न के बीच कड़ी स्थापित करता है। बहुचर कलन में व्युत्पन्न और अभिन्न के बीच की कड़ी सदिश कलन के अभिन्न प्रमेयों द्वारा सन्निहित है:<ref name="CourantJohn1999"/>
* [[ढाल प्रमेय]]
* ग्रेडिएंट प्रमेय
* स्टोक्स प्रमेय
* स्टोक्स प्रमेय
*विशेष स्तिथितिे
*विशेष स्तिथितिे
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* ग्रीन की प्रमेय।
* ग्रीन की प्रमेय।


बहुभिन्नरूपी कैलकुलस के और अधिक उन्नत अध्ययन में, यह देखा गया है कि ये चार प्रमेय अधिक सामान्य प्रमेय के विशिष्ट अवतार हैं, सामान्यीकृत सामान्यीकृत स्टोक्स प्रमेय | स्टोक्स प्रमेय, जो भिन्नात्मक मैनिफोल्ड पर [[विभेदक रूप]] के एकीकरण पर लागू होता है।<ref>{{Cite book|url=https://archive.org/details/SpivakM.CalculusOnManifolds_201703|title=कई गुना पर पथरी|last=Spivak|first=Michael|publisher=W. A. Benjamin, Inc.|year=1965|isbn=9780805390216|location=New York}}</ref>
बहुचर कलन के और अधिक उन्नत अध्ययन में, यह देखा गया है कि ये चार प्रमेय अधिक सामान्य प्रमेय के विशिष्ट अवतार हैं, सामान्यीकृत सामान्यीकृत स्टोक्स प्रमेय | स्टोक्स प्रमेय, जो भिन्नात्मक मैनिफोल्ड पर [[विभेदक रूप|अवकल रूप]] के एकीकरण पर लागू होता है।<ref>{{Cite book|url=https://archive.org/details/SpivakM.CalculusOnManifolds_201703|title=कई गुना पर पथरी|last=Spivak|first=Michael|publisher=W. A. Benjamin, Inc.|year=1965|isbn=9780805390216|location=New York}}</ref>
 
 
== अनुप्रयोग और उपयोग ==
== अनुप्रयोग और उपयोग ==
भौतिक दुनिया में रुचि की कई वस्तुओं का अध्ययन करने के लिए बहुभिन्नरूपी कलन की तकनीकों का उपयोग किया जाता है। विशेष रूप से,
भौतिक दुनिया में रुचि की कई वस्तुओं का अध्ययन करने के लिए बहुचर कलन की तकनीकों का उपयोग किया जाता है। विशेष रूप से,
{| class="wikitable" style="text-align:center"
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! !! !!कार्यों का प्रकार!! उपयुक्त तकनीकें
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! [[Curve|वक्र]]
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| [[Image:Surface-plot.png|120px]] || <math>f: \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}</math> || मैक्सिमा और मिनिमा, [[Lagrange multipliers|लैग्रेंज गुणक]], [[directional derivative|दिशात्मक व्युत्पन्न]], [[level set|स्तर सेट]]
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| [[File:Vector field.svg|120px]] || <math>f: \mathbb{R}^m \to \mathbb{R}^n</math> || [[ग्रेडिएंट, डायवर्जेंस]] और [[Curl (mathematics)|कर्ल]] सहित [[vector calculus|सदिश कलन]] का कोई भी ऑपरेशन
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बहुभिन्नरूपी कैलकुलस को निर्धारिती प्रणालियों का विश्लेषण करने के लिए लागू किया जा सकता है जिनमें स्वतंत्रता (भौतिकी और रसायन विज्ञान) की कई डिग्री होती हैं। स्वतंत्रता की प्रत्येक डिग्री के अनुरूप [[स्वतंत्र चर|स्वतंत्र वेरिएबल]] वाले कार्य अधिकांशतः इन प्रणालियों को मॉडल करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, और बहुभिन्नरूपी कलन [[प्रणाली की गतिशीलता]] को चिह्नित करने के लिए उपकरण प्रदान करता है।
बहुचर कलन को निर्धारिती प्रणालियों का विश्लेषण करने के लिए लागू किया जा सकता है जिनमें स्वतंत्रता (भौतिकी और रसायन विज्ञान) की कई डिग्री होती हैं। स्वतंत्रता की प्रत्येक डिग्री के अनुरूप [[स्वतंत्र चर]] वाले कार्य अधिकांशतः इन प्रणालियों को मॉडल करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, और बहुचर कलन [[प्रणाली की गतिशीलता]] को चिह्नित करने के लिए उपकरण प्रदान करता है।


बहुभिन्नरूपी कलन का उपयोग [[निरंतर समय]] गतिशील प्रणालियों के [[इष्टतम नियंत्रण]] में किया जाता है। अनुभवजन्य डेटा के विभिन्न सेटों के बीच संबंधों का अनुमान लगाने के लिए सूत्र प्राप्त करने के लिए [[प्रतिगमन विश्लेषण]] में इसका उपयोग किया जाता है।
बहुचर कलन का उपयोग [[निरंतर समय]] गतिशील प्रणालियों के [[इष्टतम नियंत्रण]] में किया जाता है। अनुभवजन्य डेटा के विभिन्न सेटों के बीच संबंधों का अनुमान लगाने के लिए सूत्र प्राप्त करने के लिए [[प्रतिगमन विश्लेषण]] में इसका उपयोग किया जाता है।


बहुभिन्नरूपी कलन का उपयोग [[प्राकृतिक विज्ञान]] और [[सामाजिक विज्ञान]] और [[अभियांत्रिकी]] के कई क्षेत्रों में मॉडल और उच्च-आयामी प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है जो नियतात्मक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। [[अर्थशास्त्र]] में, उदाहरण के लिए, विभिन्न प्रकार के सामानों पर [[उपभोक्ता की पसंद]], और उपयोग करने के लिए विभिन्न इनपुट और उत्पादन के लिए आउटपुट पर अधिकतम लाभ, बहुभिन्नरूपी कलन के साथ तैयार किए जाते हैं।
बहुचर कलन का उपयोग [[प्राकृतिक विज्ञान]] और [[सामाजिक विज्ञान]] और [[अभियांत्रिकी]] के कई क्षेत्रों में मॉडल और उच्च-आयामी प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है जो नियतात्मक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। [[अर्थशास्त्र]] में, उदाहरण के लिए, विभिन्न प्रकार के सामानों पर [[उपभोक्ता की पसंद]], और उपयोग करने के लिए विभिन्न इनपुट और उत्पादन के लिए आउटपुट पर अधिकतम लाभ, बहुचर कलन के साथ तैयार किए जाते हैं।


गैर-नियतात्मक, या स्टोकेस्टिक प्रक्रिया प्रणालियों का अध्ययन कई तरह के गणित का उपयोग करके किया जा सकता है, जैसे [[स्टोचैस्टिक कैलकुलस]]।
गैर-नियतात्मक, या स्टोकेस्टिक प्रक्रिया प्रणालियों का अध्ययन कई तरह के गणित का उपयोग करके किया जा सकता है, जैसे [[स्टोचैस्टिक कैलकुलस|स्टोचैस्टिक कलन]]।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
* [[बहुभिन्नरूपी कैलकुलस विषयों की सूची]]
* [[बहुभिन्नरूपी कैलकुलस विषयों की सूची|बहुचर कलन विषयों की सूची]]
* [[बहुभिन्नरूपी आँकड़े]]
* [[बहुभिन्नरूपी आँकड़े|बहुचर आँकड़े]]


==संदर्भ==
==संदर्भ==
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*
==बाहरी कड़ियाँ==
==बाहरी कड़ियाँ==
{{Commons category|Multivariate calculus}}
* [https://www.youtube.com/watch?v=cw6pHhjhKmk UC Berkeley video lectures on Multivariable Calculus, Fall 2009, Professor Edward Frenkel]
* [https://www.youtube.com/watch?v=cw6pHhjhKmk UC Berkeley video lectures on Multivariable Calculus, Fall 2009, Professor Edward Frenkel]
* [https://www.youtube.com/playlist?list=PL4C4C8A7D06566F38 MIT video lectures on Multivariable Calculus, Fall 2007]
* [https://www.youtube.com/playlist?list=PL4C4C8A7D06566F38 MIT video lectures on Multivariable Calculus, Fall 2007]
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* [http://www.stat.rice.edu/~dobelman/notes_papers/math/calculus.MV.pdf ''Multivariable Calculus''], Online text by Dr. Jerry Shurman
* [http://www.stat.rice.edu/~dobelman/notes_papers/math/calculus.MV.pdf ''Multivariable Calculus''], Online text by Dr. Jerry Shurman


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Latest revision as of 12:32, 2 November 2023

बहुचर कलन (जिसे बहुचर कलन के रूप में भी जाना जाता है) चर (गणित) में कलन का विस्तार है जिसमें कई वास्तविक चरों के कार्य के साथ कलन है: अवकल कलन और फलनों का अभिन्न अंग जिसमें केवल के अतिरिक्त कई चर प्रयुक्त हैं।[1] बहुचर कलन को उन्नत कलन का प्राथमिक भाग माना जा सकता है। उन्नत कलन के लिए, यूक्लिडियन समष्टि पर कलन देखें। तीन आयामी समष्टि में कलन के विशेष स्थितियों को अधिकांशतः सदिश कलन कहा जाता है।

विशिष्ट संचालन

सीमाएं और निरंतरता

बहुचर कलन में फलन की सीमा और निरंतर फलन का अध्ययन एकल-चर फलन द्वारा प्रदर्शित नहीं किए जाने वाले कई प्रतिकूल परिणाम उत्पन्न करता है।[1] उदाहरण के लिए, उनके डोमेन में बिंदुओं के साथ दो चर्स के स्केलर फलन हैं जो कई रास्तों के साथ संपर्क करने पर कई सीमाएँ देते हैं। उदा.

फलन का प्लॉट f(x, y) = (x²y)/(x4 + y2) बिंदु जब भी शून्य तक पहुंचता है मूल के माध्यम से लाइनों के साथ संपर्क किया जाता है (). चूंकि, जब मूल परवलय के साथ संपर्क किया जाता है , फलन मान की सीमा होती है . चूंकि ही बिंदु की ओर अलग-अलग रास्ते लेने से अलग-अलग सीमा मूल्य प्राप्त होते हैं, वहां सामान्य सीमा उपस्थित नहीं होती है।

बहुचर निरंतरता के लिए प्रत्येक तर्क में निरंतरता पर्याप्त नहीं होना भी निम्न उदाहरण से देखा जा सकता है।[1]: 17–19  विशेष रूप से, वास्तविक-मूल्यवान फलन के लिए दो वास्तविक-मूल्यवान पैरामीटर के साथ, , की निरंतरता में निश्चित के लिए और की निरंतरता में निश्चित के लिए की निरंतरता नहीं दर्शाता है .

विचार करना

यह सत्यापित करना आसान है कि यह फलन सीमा पर और चतुर्भुज के बाहर परिभाषा द्वारा शून्य है . इसके अतिरिक्त, निरंतर के लिए परिभाषित कार्य और और द्वारा

और

निरंतर हैं। विशेष रूप से,

सबके लिए x और y.

चूंकि, अनुक्रम (प्राकृतिक के लिए ) में मिलती है , फलन को बंद के रूप में प्रस्तुत करना . के समानांतर नहीं मूल बिंदु की ओर बढ़ रहा है - और -अक्ष इस असंततता को प्रकट करता है।

फलन रचना की निरंतरता

यदि पर निरंतर है और पर निरंतर एकल चर फलन है फिर समग्र कार्य द्वारा परिभाषित पर निरंतर है उदाहरण के लिए, और


निरंतर फलनों के गुण

यदि और दोनों निरंतर हैं तब

(i) पर निरंतर हैं

(ii) पर निरंतर है किसी स्थिरांक के लिए c.

(iii) बिंदु पर निरंतर है

(iv) पर निरंतर है यदि (में) पर निरंतर है


आंशिक अंतर

आंशिक व्युत्पन्न उच्च आयामों के व्युत्पन्न की धारणा को सामान्यीकृत करता है। बहुचर फलन का आंशिक व्युत्पन्न चर के संबंध में व्युत्पन्न है जिसमें अन्य सभी चर स्थिर होते हैं।[1]

व्युत्पन्न के अधिक जटिल भाव बनाने के लिए आंशिक डेरिवेटिव को रोचक तरीके से जोड़ा जा सकता है। सदिश कलन का ऑपरेटर () आंशिक डेरिवेटिव के संदर्भ में ढाल, विचलन और कर्ल (गणित) की अवधारणाओं को परिभाषित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। आंशिक डेरिवेटिव का आव्यूह, जेकोबियन आव्यूह और निर्धारक आव्यूह, ऐच्छिक आयाम के दो स्थानों के बीच फलन के व्युत्पन्न का प्रतिनिधित्व करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। व्युत्पन्न को इस प्रकार रैखिक परिवर्तन के रूप में समझा जा सकता है जो फलन के डोमेन में बिंदु से बिंदु तक सीधे भिन्न होता है।

आंशिक अवकलज वाले अवकल समीकरणों को आंशिक अवकल समीकरण या पिडीइ कहते हैं। साधारण अंतर समीकरणों की तुलना में इन समीकरणों को हल करना सामान्यतः अधिक कठिन होता है, जिसमें केवल चर के संबंध में डेरिवेटिव होते हैं।[1]

एकाधिक एकीकरण

मल्टीपल इंटीग्रल किसी भी संख्या के चर के फलनों के लिए इंटीग्रल की अवधारणा का विस्तार करता है। विमान और समष्टि में क्षेत्रों और क्षेत्रों की मात्रा की गणना करने के लिए डबल और ट्रिपल इंटीग्रल का उपयोग किया जा सकता है। फ्यूबिनी की प्रमेय गारंटी देती है कि बहु अभिन्न का मूल्यांकन दोहराए गए अभिन्न या पुनरावृत्त अभिन्न के रूप में किया जा सकता है जब तक कि एकीकरण के पूरे क्षेत्र में एकीकृत निरंतर हो।[1]

सतह अभिन्न और रेखा अभिन्न का उपयोग सरफेस (मैथमैटिक्स) और वक्र जैसे कर्व्ड विविध पर इंटीग्रेट करने के लिए किया जाता है।

कई आयामों में कलन की मौलिक प्रमेय

एकल-चर कलन में, कलन का मौलिक प्रमेय व्युत्पन्न और अभिन्न के बीच कड़ी स्थापित करता है। बहुचर कलन में व्युत्पन्न और अभिन्न के बीच की कड़ी सदिश कलन के अभिन्न प्रमेयों द्वारा सन्निहित है:[1]

  • ग्रेडिएंट प्रमेय
  • स्टोक्स प्रमेय
  • विशेष स्तिथितिे
  • स्टोक्स प्रमेय
  • विचलन प्रमेय
  • ग्रीन की प्रमेय।

बहुचर कलन के और अधिक उन्नत अध्ययन में, यह देखा गया है कि ये चार प्रमेय अधिक सामान्य प्रमेय के विशिष्ट अवतार हैं, सामान्यीकृत सामान्यीकृत स्टोक्स प्रमेय | स्टोक्स प्रमेय, जो भिन्नात्मक मैनिफोल्ड पर अवकल रूप के एकीकरण पर लागू होता है।[2]

अनुप्रयोग और उपयोग

भौतिक दुनिया में रुचि की कई वस्तुओं का अध्ययन करने के लिए बहुचर कलन की तकनीकों का उपयोग किया जाता है। विशेष रूप से,

फलनों का प्रकार उपयुक्त तकनीकें
वक्र Osculating circle.svg
for
वक्रों की लंबाई, रेखा समाकल और वक्रता
सतह File:Helicoid.svg
for
सतहों के क्षेत्र, सतह अभिन्न, सतहों के माध्यम से प्रवाह, और वक्रता।
अदिश क्षेत्र File:Surface-plot.png मैक्सिमा और मिनिमा, लैग्रेंज गुणक, दिशात्मक व्युत्पन्न, स्तर सेट
सदिश क्षेत्र Vector field.svg ग्रेडिएंट, डायवर्जेंस और कर्ल सहित सदिश कलन का कोई भी ऑपरेशन

बहुचर कलन को निर्धारिती प्रणालियों का विश्लेषण करने के लिए लागू किया जा सकता है जिनमें स्वतंत्रता (भौतिकी और रसायन विज्ञान) की कई डिग्री होती हैं। स्वतंत्रता की प्रत्येक डिग्री के अनुरूप स्वतंत्र चर वाले कार्य अधिकांशतः इन प्रणालियों को मॉडल करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, और बहुचर कलन प्रणाली की गतिशीलता को चिह्नित करने के लिए उपकरण प्रदान करता है।

बहुचर कलन का उपयोग निरंतर समय गतिशील प्रणालियों के इष्टतम नियंत्रण में किया जाता है। अनुभवजन्य डेटा के विभिन्न सेटों के बीच संबंधों का अनुमान लगाने के लिए सूत्र प्राप्त करने के लिए प्रतिगमन विश्लेषण में इसका उपयोग किया जाता है।

बहुचर कलन का उपयोग प्राकृतिक विज्ञान और सामाजिक विज्ञान और अभियांत्रिकी के कई क्षेत्रों में मॉडल और उच्च-आयामी प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है जो नियतात्मक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। अर्थशास्त्र में, उदाहरण के लिए, विभिन्न प्रकार के सामानों पर उपभोक्ता की पसंद, और उपयोग करने के लिए विभिन्न इनपुट और उत्पादन के लिए आउटपुट पर अधिकतम लाभ, बहुचर कलन के साथ तैयार किए जाते हैं।

गैर-नियतात्मक, या स्टोकेस्टिक प्रक्रिया प्रणालियों का अध्ययन कई तरह के गणित का उपयोग करके किया जा सकता है, जैसे स्टोचैस्टिक कलन

यह भी देखें

संदर्भ

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Richard Courant; Fritz John (14 December 1999). पथरी और विश्लेषण खंड II/2 का परिचय. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-540-66570-0.
  2. Spivak, Michael (1965). कई गुना पर पथरी. New York: W. A. Benjamin, Inc. ISBN 9780805390216.

बाहरी कड़ियाँ