Kalkulus diferensial

Kalkulus variasi

Salah satu contoh masalah optimalisai adalah mencari kurva terpendek anatar dua titik di atas sebuah permukaan dengan asumsi kurva tersebut harus berada di permukaan tersebut. Jika permukaan tersebut adalah bidang rata, maka kurva yang paling pendek berupa garis lurus. Namun jika permukaannya tidak bidang, maka kita tidak bisa mengetahui secara pasti kurva yang paling pendek. Kurva ini disebut sebagai geodesik, dan salah satu masalah paling sederhana di kalkulus variasi adalah mencari geodesik.Contoh lainnya adalah mencari luas permukaan paling kecil yang dibatasi oleh kurva tertutup di ruang tiga dimensi. Permukaan ini disebut sebagai permukaan minimum, dan ini dapat dicari dengan menggunakan kalkulus variasi.

Polinomial Taylor dan deret Taylor

Turunan memberikan pendekatan linear yang paling baik, tetapi pendekatan ini bisa sangat berbeda dengan fungsi asalnya. Salah satu cara untuk memperbaiki pendekatan ini adalah dengan menggunakan pendekatan kuadratik. Linearisasi dari fungsi bernilai real f(x) pada suatu titik x₀ adalah linearisasi polinomial a + b(x - x₀), dan sangat mungkin untuk mendapatkan pendekatan yang lebih baik dengan menggunakan polinomial kuadratik a + b(x - x₀) + c(x - x₀)². Masih lebih baik lagi apabila menggunakan polinomial kubik a + b(x - x₀) + c(x - x₀)² + d(x - x₀)³, dan gagasan ini dapat diperluas sampai polinomial berderajat tinggi. Untuk setiap polinomial ini, haruslah terdapat pilihan nilai koefisien yang paling tepat untuk a, b, c, dan d yang membuat pendekatan ini sedekat mungkin.
Untuk a, pilihan nilai yang terbaik selalu bernilai f(x₀), dan untuk b selalu bernilai f'(x₀). Untuk c, d, dan koefisien berderajat tinggi lainnya, koefisien-koefisien ini ditentukan dengan turunan berderajat tinggi dari f. c haruslah f''(x₀)/2, dan d haruslah f'''(x₀)/3!. Dengan menggunakan koefisen ini, kita mendapatkan polinomial Taylor dari f. Polinomial taylor berderajat d adalah polinomial dengan derajat d yang memberikan pendekatan yang paling baik terhadap f, dan koefisiennya dapat ditentukan dengan perampatan dari rumus di atas. Teorema Taylor memberikan batasan-batasan yang detail akan seberapa baik pendekatan tersebut. Jika f adalah polinomial dengan derajat yang lebih kecil atau sama dengan d, maka polinomial Taylor dengan derajat d sama dengan f.
Batasan dari polinomial Taylor adalah deret tidak terbatas yang disebut sebagai deret Taylor. Deret Taylor biasanya merupakan pendekatan yang cukup dekat dengan fungsi asalnya. Fungsi-fungsi yang sama dengan deret Taylor disebut sebagai fungsi analitik. Adalah tidak mungkin untuk fungsi yang tidak kontinu atau memiliki sudut yang tajam untuk menjadi fungsi analitik. Namun terdapat pula fungsi mulus yang bukan analitik.

Teorema fungsi implisit

Beberapa bentuk geometri alami, seperti lingkaran, tidak dapat digambar sebagai grafik fungsi. Jika F(x, y) = x² + y², maka lingkaran adalah himpunan pasangan (x, y) di mana F(x, y) = 0. Himpunan ini disebut sebagai himpunan nol (zero set) (bukan himpunan kosong) dari F. Ini tidaklah sama dengan grafik F, yang berupa kerucut. Teorema fungsi implisit mengubah relasi seperti F(x, y) = 0 menjadi fungsi . Teorema ini menyatakan bahwa jika F adalah secara kontinu terdiferensialkan, maka di sekitar kebanyakan titik-titik, himpunan nol dari F tampak seperti grafik fungsi yang digabungkan bersama. Titik di mana hal ini tidak benar ditentukan pada kondisi turunan F. Lingkaran dapat digabungkan bersama dengan grafik dari dua fungsi . Di setiap titik lingkungan dari lingkaran kecuali (-1, 0) dan (1, 0),satu dari dua fungsi ini mempunyai grafik yang mirip dengan lingkaran. (Dua fungsi ini juga bertemu di (-1, 0)dan (1, 0), tetapi hal ini tidak dipastikan oleh teorema fungsi implisit).
Teorema fungsi implisit berhubungan dekat dengan teorema fungsi invers yang menentukan kapan sebuah fungsi tampak mirip dengan grafik fungsi terbalikkan yang digabungkan bersama.