¿Quién inventó la notación de Leibnitz d2ydx2d2ydx2\frac{d^2y}{dx^2} para la *segunda* derivada?

Esta pregunta de MSE me hizo preguntarme dónde está la notación de Leibnitz. d 2 y d X 2 de donde proviene la segunda derivada. No surge inmediatamente como la generalización obvia de d y d X . ¿Lo usó Leibnitz él mismo? ¿O se presentó más tarde?

Respuestas (5)

Leibniz utilizó esta notación, por ejemplo, en su artículo Supplementum geometriae practicae, Acta Eruditorum , abril de 1693, p. 179 ( enlace de Google Books ):

ingrese la descripción de la imagen aquí

Así que esta es una respuesta. Tenga en cuenta que los dos puntos indican división.
¿Este documento está disponible en línea en algún lugar?
@michael-bächtold Enlace agregado.
... y tenga en cuenta que la línea superior sobre el y en realidad pasó por encima de la d , como se puede ver en el enlace de Google Books. Pero no debería pasarse del 2. Esa era una notación alternativa al paréntesis, así que d y ¯ 2 = ( d y ) 2 ,

El símbolo del diferencial d X se debe a Leibniz.

Introdujo también diferenciales "iterados"; ver :

Además, para introducir diferenciales de orden superior, los diferenciales de primer orden deben concebirse como variables que se extienden sobre una secuencia ordenada; si solo uno d X se considera, d d X No tiene sentido. La siguiente cita de Leibniz ["Monitum de characteribus algebraicis", 1710] ilustra esto:

Más, d d X es el elemento del elemento o la diferencia de las diferencias , por la cantidad d X sí mismo no es siempre constante, pero por lo general aumenta o disminuye continuamente.

Ver también The Early Mathematical Manuscripts of Leibniz (JM Child ed., 1920 - también reimpresión de Dover): manuscrito de una respuesta a Bernhard Nieuwentijt, página 144-on :

d X , d d X , d v , d d v , d y , d d y

Debemos señalar que Leibniz ha X X para X 2 ; ver página 151 :

Entonces, desde y X X : a

Así que hemos encontrado el numerador en la forma d d X . ¿Dónde encontramos (por primera vez) el denominador?
@GeraldEdgar - consulte, por ejemplo, la página 156: d d y / d d X .

La respuesta aceptada no deja dudas de que Leibniz fue el primero en escribir d 2 y / ( d X ) 2 para la segunda derivada. Pero dado que he encontrado tantas justificaciones engañosas para esta notación en línea , siento que se necesita decir algo más al respecto .

La mayoría de las justificaciones en los enlaces anteriores están en la línea de: "por manipulación formal" o "demasiado obviamente"

(1) d d X d d X = d 2 d X 2 .
Pero Leibniz, los Bernoulli o Euler no lo habrían aprobado sin reservas. Ni siquiera si la ecuación se escribió en la forma
(2) d ( d y d X ) d X = d d y ( d X ) 2 ,
que está más cerca del estándar de la época.

Para explicar déjame hacer una simple analogía primero. Nadie hoy en día afirmaría que lo siguiente es correcto

(3) registro registro y registro X registro X = registro registro y ( registro X ) 2 ,
y todos pueden detectar el error.

Análogamente, para Leibniz, d era un operador (podría no haberlo llamado así, pero sabía que actuaba sobre variables como registro ) y conocía la regla del cociente para d . Así que podría haber aprobado la siguiente ecuación general

(4) d ( d y d X ) d X = d 2 y ( d X ) 2 d y d 2 X ( d X ) 3 .
La razón por la que desapareció el segundo término de la derecha fue porque a menudo se hacía una suposición adicional : se suponía que la diferencial de la diferencial de X es cero (es decir d 2 X = 0 ), o dicho de otra manera: d X se supuso constante.

Esto se puede ver en el artículo de 1693 de Leibniz citado por @ViktorBlasjo, una línea arriba d d X : d y ¯ 2 , donde escribe

posita d y constante

También se puede encontrar en Eulers Institutiones Calculi Differentialis ( 1743 ) § 131.

Ahora procederemos bajo el supuesto de que X aumenta uniformemente, de modo que los primeros diferenciales d X , d X I , d X I I , son iguales entre sí, de modo que el segundo diferencial y el superior son iguales a cero. Podemos enunciar esta condición diciendo que el diferencial de X , eso es d X , se supone que es constante. Dejar y ser cualquier función de X ; ...

Y se puede encontrar en el Traité du calcul différentiel et du calcul intégral de Lacroix ( 1797 ) p.96

Pour la simplifier nous observons que l'accroissement d X étant consideré invariable, F ( X ) d X se cambia es F ( X + d X ) d X ...

Resumiendo: para Leibniz, Euler y otros la ecuación

(5) d ( d y d X ) d X = d 2 y d X 2
solo era cierto bajo la suposición adicional de que d X es constante

Esto deja una pregunta para mí, que espero que alguien más pueda responder: cuándo y por qué los matemáticos olvidaron esta suposición adicional y simplemente adoptaron la notación d 2 d X 2 por lo que en realidad debería escribirse como ( d d X ) 2 ?

De acuerdo, y su cálculo (4) está literalmente en Bézout ( 1767 , final de §18). Para su pregunta final, es difícil encontrar una respuesta, pero las funciones analíticas sin diferenciales de Lagrange (que tienen (4) como ( y / X ) / X , pág. 60 ) debe haber sido influyente. Esto se analiza en Bos ( 1974 , especialmente §5 “Programa de Euler para eliminar diferenciales de orden superior”) y Domingues ( 2008 , §§3.1.1 y 3.2.4).
En cuanto a si d 2 / d X 2 en realidad debería estar escrito ( d / d X ) 2 , creo que eran iguales por la misma convención utilizada, por ejemplo, para Riemannian d s 2 . Bézout lo explica en la página anterior: “Para denotar el cuadrado de d X , uno debería escribir naturalmente ( d X ) 2 ; pero por simplicidad se escribe d X 2 , que no puede causar confusión, y ser confundido con el diferencial de X 2 , que acordamos [§7] denotar así d ( X 2 ) .”
Gracias por esos consejos adicionales @FrancoisZiegler. No estoy seguro si puedo seguir el razonamiento en su segundo comentario. Incluso si escribimos d 2 ( d X ) 2 para d 2 d X 2 , no veo cómo llegar allí desde ( d d X ) 2 usando convenciones para órdenes de operaciones. Tome el ejemplo similar ( registro registro X ) 2 , que creo que es diferente de registro 2 ( registro X ) 2 con todas las convenciones que se me ocurran.
Tienes razón. La igualdad sólo se sigue de lo que dice Bézout bajo el supuesto d d X = 0 (sin segundo término en (4)).
Un pequeño consejo que debería seguir: Max Stegemann en su popular Grundrisse der Differential-Integralrechnung 4th Edition 1880 todavía menciona el requisito dx constante.

Creo d 2 y d X 2 viene de multiplicar d y d X por d d X . En la Notación ( https://en.m.wikipedia.org/wiki/Abuse_of_notation#Derivitive ) la multiplicación significa iteración.

(Descargo de responsabilidad: esta es una respuesta muy aproximada. Todavía no ha habido ninguna otra respuesta, buscaré la notación en un libro de texto).

¡Gracias por la respuesta! Esa es una explicación muy razonable, pero la pregunta de MSE que he vinculado en el OP plantea un buen punto: incluso asumiendo que uno puede multiplicar términos diferenciales con impunidad, parece que en esta notación un 'factor' d falta en el denominador.
@Federico Poloni Supongo que al menos la opinión de los médicos d X como una cantidad en sí misma, en lugar de un producto de d*x, el segundo diferencial se compara con el cuadrado del pequeño incremento.
El denominador es el cuadrado de d X . Desde d X no es un producto, solo escríbelo d X 2 . No hay necesidad de ( d X ) 2 .
@VicAche, te refieres a físicos, no a médicos (= médicos).
@KCd es cierto que :) no puedo editarme o marcarme para edición, ¿verdad?
@VicAche, de hecho, las ediciones ya no son posibles después de unos minutos.

d 2 d X 2 y = d 2 y d X 2 está demasiado obviamente construido a partir de d d X d d X y = ( d d X ) 2 y merecer más explicaciones.

No veo cómo esto contribuye a responder la parte histórica de la pregunta. Si su afirmación es que Leibniz pensó así, tendría que respaldarlo. Personalmente dudo que haya pensado en d / d X como un objeto en sí mismo.