Tüm Reklamları Kapat

Kesirli Türev Nedir?

3dk
Kesirli Türev Nedir?
Tüm Reklamları Kapat

Bu Makalede Neler Öğreneceksiniz?

AI ile Özet Oluşturabilirsiniz.
  • Kesirli analiz, türev ve integral kavramlarının kesirli mertebelere genelleştirilmesiyle oluşan matematik dalıdır ve Riemann-Liouville ile Caputo kesirli türevleri en bilinen tanımlardır.
  • Riemann-Liouville kesirli türevi, klasik türev özelliklerini taşır; örneğin çarpım ve zincir kuralları kesirli türevler için de geçerlidir, ancak sabit fonksiyonların türevi klasik türevden farklıdır.
  • Gamma fonksiyonu kullanılarak tanımlanan Riemann-Liouville kesirli integrali ve türevi, fonksiyonların kesirli mertebeden türevlerini hesaplamayı sağlar ve böylece klasik tam sayı mertebelerinin ötesine geçilir.

Analiz alanının doğduğu 17. yüzyıldan itibaren fizik ve matematik adeta çağ atlamıştır. Kuşkusuz ki analizin en önemli kavramları limit, türev ve integraldir. Dolayısıyla, günümüze kadar pek çok matematikçi, bu kavramlara alternatif tanımlar getirmek için çaba sarf etmiştir.

Matematikte her kavramın başına geldiği gibi, bu kavramlar da bazı genelleştirmelere uğramıştır. Bu yazımızda türev kavramının kesirli mertebelere nasıl genelleştirildiğini anlatacağız ve bu genelleştirmelerin bazı sorunlara sahip olduğundan bahsedeceğiz.

Türev ve integral kavramlarının kesirli sayılara genelleştirilmesiyle ortaya çıkan dala kesirli analiz ismi verilir. Bildiğimiz analizin aksine, kesirli analizde tek bir kesirli türev ve kesirli integral tanımı yoktur. Bu yazımızda en bilinen Riemann Liouville ve Caputo kesirli türevlerinden bahsedeceğiz.

Tüm Reklamları Kapat

Riemann-Liouville Kesirli Türevi

Tanım: Riemann-Liouville Kesirli İntegrali

Pozitif gerçek sayılar kümesi üzerinde tanımlı integrallenebilir ff fonksiyonu ve α∈(0,1]\alpha\in\left(0,1\right] sabiti verilmiş olsun.[1] ff fonksiyonunun bir (0,t)\left(0,t\right) aralığındaki Riemann-Liouville kesirli integrali (kesirli yerine α−\alpha-integrali de denir) şöyle tanımlanır:

I0+αf=1Γ(α)∫0tf(τ)(t−τ)1−αdτ\displaystyle I_{0+}^{\alpha}f=\frac{1}{\Gamma(\alpha)}\int_0^t \frac{f(\tau)}{(t-\tau)^{1-\alpha}}d \tau

Burada Γ(α)=∫0∞xα−1e−xdx\Gamma(\alpha)=\int_0^{\infty}x^{\alpha-1}e^{-x}dx olarak tanımlanan Gamma fonksiyonudur.[2]

Tanım: Riemann-Liouville Kesirli Türevi

Pozitif gerçek sayılar kümesi üzerinde tanımlı sürekli ff fonksiyonu ve α∈(0,1]\alpha\in\left(0,1\right] sabiti verilmiş olsun. ff fonksiyonunun Riemann-Liouville kesirli türevi (kesirli yerine α−\alpha-türevi de denir) şöyle tanımlanır:[2]

Tüm Reklamları Kapat

D0+αf=ddtI0+1−αfD_{0+}^{\alpha}f=\frac{d}{dt}I_{0+}^{1-\alpha}f

Bu tanımların esas amacı, "türev" kavramını kesirli mertebelere genelleştirmektir. Örneğin bu yöntemler sayesinde, bir fonksiyonun 3. mertebeden değil de 12.\frac{1}{2}. mertebeden türevini hesaplamanız mümkün olmaktadır.

Riemann-Liouville türevi, bildiğimiz türevin pek çok özelliğini sağlar. Örneğin ff ve gg fonksiyonlarının Riemann-Liouville türevinin ("R-L türevi" diye kısaltılabilir) tanımlı olduğunu varsayalım. O halde bu iki fonksiyonun çarpımı fgfg fonksiyonunun da R-L türevi tanımlıdır ve bu türev, D0+α(fg)=fD0+αg+gD0+αfD_{0+}^{\alpha}(fg)=fD_{0+}^{\alpha}g+gD_{0+}^{\alpha}f olarak hesaplanır.[3] Bu, tıpkı iki fonksiyonun çarpımının türevi gibidir. Hatta R-L türevi için bir zincir kuralı dahi mevcuttur. Buna bakalım:

Tanım: R-L Türevi İçin Zincir Kuralı

Uygun aralıkta R-L türevi tanımlı ff ve gg fonksiyonlarının bileşkesi olan f∘gf\circ g fonksiyonunun da R-L türevi tanımlıdır.[4] Bu türev, şöyle tanımlanır:[5]

D0+α(f∘g)=D0+1(f(g))D0+αgD_{0+}^{\alpha}(f\circ g)=D_{0+}^1(f(g))D_{0+}^{\alpha}g

Bildiğimiz türev kavramı ile tıpa tıp aynı özelliklere sahip olan R-L türevi, ne yazık ki bir noktada normal türevden ayrılır. Bu ayrım, göz ardı edilemeyecek kadar büyük fakat böylesi güçlü özellikleri sağlayıp da bu özelliği sağlamadığından dolayı aynı zamanda "gülünç" bir ayrımdır: Normalde f(x)=cf(x)=c sabit fonksiyonunun herhangi bir mertebeden türevinin 00 olduğunu biliyoruz ancak R-L türevinde iş biraz değişmektedir. Örneğin α=12\alpha=\frac{1}{2} alırsak, sabit fonksiyonumuzun R-L türevi şöyle hesaplanır:

D0+12c=1Γ(12)ddt∫0tc(t−τ)dτ\displaystyle D_{0+}^{\frac{1}{2}}c=\frac{1}{\Gamma(\frac{1}{2})}\frac{d}{dt}\int_0^t \frac{c}{\sqrt{(t-\tau)}}d \tau

Burada Γ(12)=π\Gamma(\frac{1}{2})=\sqrt{\pi} olduğunu biliyoruz. Dolayısıyla bu işlemin sonucu

D0+12c=1πddt(2ct)=cπt\displaystyle D_{0+}^{\frac{1}{2}}c=\frac{1}{\sqrt{\pi}}\frac{d}{dt}(2c\sqrt{t})=\frac{c}{\sqrt{\pi t}} olarak hesaplanır. Açıkça görülür ki bu sonuç, sıfıra eşit değildir. Fakat bizim bildiğimiz normal türevde sabitin türevinin sıfır olduğunu biliyoruz. Fakat R-L türevinde sıfır olmak zorunda değildir, hatta α≠1\alpha\neq 1 olduğu sürece hiçbir zaman sıfır değildir.

Bu sebeple, R-L türevi ile bildiğimiz türev birbirinden ayrılır dolayısıyla R-L türevine "türevin genelleştirmesi" sıfatını uyduramayız, bu büyük bir hata olur.

Tüm Reklamları Kapat

Caputo Kesirli Türevi

R-L türevindeki bazı aksaklıklara istinaden Michele Caputo isimli bir jeofizikçi, 1967 yılında yayınladığı bir makalesinde kendi soy ismini koyduğu Caputo kesirli türevini tanımlamıştır. Caputo türevi için de normal türevin genelleştirmesi diyemesek de R-L türevindeki büyük bir sorun olan sabitin türevinin sıfır olmaması sorununu gidermiştir. Bundan dolayı Caputo türevi son zamanlarda özellikle diferansiyel geometride Frenet çatısını genelleştirmede kullanıldığından epey popülerleşmiştir.

Tanım: Caputo Kesirli Türevi

Pozitif gerçek sayılar kümesi üzerinde tanımlı sürekli ff fonksiyonu ve α∈(0,1]\alpha\in\left(0,1\right] sabiti verilmiş olsun. ff fonksiyonunun Caputo kesirli türevi (kesirli yerine α−\alpha- türevi de denir) şöyle tanımlanır:[2]

CD0+αf=1Γ(1−α)∫0tf′(τ)(t−τ)αdτ\displaystyle ^CD_{0+}^{\alpha}f=\frac{1}{\Gamma(1-\alpha)}\int_0^t\frac{f'(\tau)}{(t-\tau)^{\alpha}}d\tau

Caputo türevinde bahsettiğimiz gibi sabitin Caputo türevi sıfırdır ve bunun nedeni açıktır: f(t)=cf(t)=c sabit fonksiyonunun türevini aldığımızda f′(t)=0f'(t)=0 olacaktır. Bunu Caputo türevinde yerine koyduğumuzda, integralin sonucu da 00 geleceğinden, Caputo türevinin değeri 00 olacaktır. Fakat Caputo türevinin de dezavantajı, bir zincir kuralının tanımlı olmamasıdır.

Rastgele Yazıya Git
13
Alt Başlıklar
Makale sonrası

Bu makale üzerine konuşmaya devam et

Topluluk sohbetine katıl, yorum bırak veya ayrıntılı bir soru sor.

Bilimsel bir hata mı gördün?
Bu Makale Sana Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem!
    Muhteşem!
    2
  • Bilim Budur!
    Bilim Budur!
    1
  • Mmm... Çok sapyoseksüel!
    Mmm... Çok sapyoseksüel!
    1
  • İnanılmaz
    İnanılmaz
    1
  • Merak Uyandırıcı!
    Merak Uyandırıcı!
    1
  • Tebrikler!
    Tebrikler!
    0
  • Güldürdü
    Güldürdü
    0
  • Umut Verici!
    Umut Verici!
    0
  • Üzücü!
    Üzücü!
    0
  • Grrr... *@$#
    Grrr... *@$#
    0
  • İğrenç!
    İğrenç!
    0
  • Korkutucu!
    Korkutucu!
    0
Kaynaklar ve İleri Okuma
Tüm Reklamları Kapat

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 14.10.2026 10:30:21 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: evrimagaci.org/s/10739

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz.

Keşfetmeye Devam Et