117. Формула Лейбница.
Как мы заметили в начале предыдущего п°, правила I и II, 97, непосредственно переносятся и на случай производных любого порядка. Сложнее обстоит дело с правилом III, относящимся к дифференцированию произведения.
Предположим, что функции и, от х имеют каждая в отдельности производные до порядка включительно: докажем, что тогда их произведение также имеет производную, и найдём её выражение.
Станем, применяя правило III, последовательно дифференцировать это произведение; мы найдём:
Легко подметить закон, по которому построены все эти формулы: правые части их напоминают разложение степеней бинома:
вместо степеней и, стоят производные соответствующих порядков. Сходство станет более полным, если в полученных формулах вместо и, писать Распространяя этот закон на случай любого , придем к общей формуле:
Для доказательства её справедливости прибегнем снова к методу математической индукции. Допустим, что при некотором значении она верна. Если для функций и, существуют и производные, то можно ещё раз продифференцировать по мы получим:
Объединим теперь слагаемые обеих последних сумм, содержащие одинаковые произведения производных функций (сумма порядков производных в таком произведении, как легко видеть, равна всегда Произведение входит только в первую сумму (при ); коэффициент его в этой сумме есть Точно так же входит только во вторую сумму (в слагаемое с номером с коэффициентом Все остальные произведения, входящие в эти суммы, имеют вид причём Каждое такое произведение встретится как в первой сумме (слагаемое с номером ), так и во второй сумме (слагаемое с номером ). Сумма соответствующих коэффициентов будет как известно,