数値微分 その3

前回は1回微分近似を扱いましたが,今回は2回微分近似公式を確認してみます
やってることはほとんど同じですが・・・
num_differential3.wxm
http://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/r/ryooji_f/20130925/20130925203115.png
f(x) : 評価関数
h : 摂動(≠0)
今f(x)をx0点周りで4次の項までテイラー展開します(%o1)
上式をx = x0 + hとして%o2式にまとめます
同様に,x = x0 - hとして%o3式にまとめます



%o2式と%o3式の和を%o4式に示します
これをf''(x0)について解いた結果を%o5式に示します(ここでf''(x0)とはat('diff(f(x),x,2),x=x0)の意)
右辺の -h^2*f''''(x0)/12 の項を無視してまとめると,2回微分近似公式(second derivative approximation formula)を得ます(%o6)



%o7式に示す関数を対象に,まずは解析的に2回微分してみます(%o8)
x = 2における2回微分係数を%o9式に示します



では同じ問題を,今度は数値微分してみます
h = 0.1〜0.1^6の数値微分を%010〜%15式にそれぞれ示します