0基础看懂微积分

 麦可奈因哪里买    |      2025-05-10 20:13
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微积分这三个字想必专家齐传奇过,大部分东说念主齐以为它很奥妙,很“高冷”,草稿先生写这篇著作即是想让专家初步了解下微积分,知说念“哦,正本微积分即是这样回事”,减少对它的胆怯感。今天的这篇著作,保证让0基础的东说念主齐能看懂(看不懂就刷新一下

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)既然是科普文,就以进步常识为洽商了,有些所在可能就莫得那么严谨,请见原

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参预正题,0基础齐能看懂的微积分

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00 基础常识

诚然说是这样说的,但确切0基础如实听不懂,是以草稿先生很贴心性准备了一些基础常识:

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附:两点细则一条直线。

1^2+2^2+...+n^2=1/6 * [ n (n+1) (2n+1) ]

常数:在函数中固定不变的数

v-t图像:默示速率与本领的相干

01 什么是微积分

我第一次见到这几个字是在《可怕的数学》里的某一册书看见的,那时傻乎乎得啥也不知说念,以为积分即是游戏里的得分,微分即是个肖似的东西

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自后才知说念它的信得过含义。最初专家要昭着,微分和积分是两个东西,不是一个东西。从字面真义上也能知说念,微分的简略真义即是把一个东西分开参谋这些小部分,积分的简略真义即是把许多小东西合到全部(比如积木,齐人好猎齐是这个真义),了解了这些就会愈加容易地通晓微积分。

02 微分

既然它的名字是“微积分”而不是“积微分”,那咱们就从微分提及吧。要了解微分,最初需要知说念斜率和导数。

最初从斜率提及。斜率鄙俗点说即是歪斜进程(很鄙俗啊)。比如开车,这段路陡,歪斜进程就大;这段路平,歪斜进程就小。

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直线的斜率k,即是从直线一个点到另一个点的垂直距离(Δy)除以它们的水平距离(Δx),即

k=Δy/Δx.解除条直线上的k齐相似。

(若是以为不好通晓不错假想买菜,买菜的本领一块钱1公斤,两块钱2公斤,五毛钱半公斤,非论买若干菜的价钱齐是一块钱1公斤)

直线的斜率是好求了,那弧线若何求?就比如第一张图上的弧线F(x),霎时快速高潮霎时逐步高潮,更有甚者(比如第一张图的G(x)),竟然还玩起了下落,这就导致弧线每少许上的斜率不齐相似,看来咱们是无法求整条弧线的斜率了(因为不存在),那有莫得宗旨求一个点的斜率呢?谜底是,有的。

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咱们取弧线左边的许多点An,一个一个和A(x0,y0)连线,会发现所得直线越来越趋近于直线l,当An与A的距离无限小但不等于0(等于0的本领两点重合,少许无法细则一条直线)的本领,就把AnA(直线l)叫作念弧线F(x)的切线(在这个图的情况下,若是从右边运愚弄也有相似的规则)对于点A的切线在A隔壁只与弧线交于A点。

切线是当An与A两点之间距离无限小的本领细则的直线。作为一条直线,它也有它的斜率k=Δy/Δx.(只不外Δx和Δy齐接近0,但它们的比值却越来越接近一个固定的数,这个固定的数即是该点切线的斜率)

这是莱布尼茨的参谋恶果,他把Δx和Δy再行取名为dx和dy,把它们称为微分,就赢得了切线的斜率为k=dy/dx.

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若是听到这儿你还以为相比轻易,那么恭喜你,微分部分的执行,即是这些。

有了这个公式,东说念主们就运行参谋起弧线各点的斜率了,比如一个很常见的函数y=x^2,东说念主们就参谋出来函数在点(1,1)处的斜率是2,在点(2,4)处的斜率是4,……然则有莫得一种宗旨把这条弧线上总共点的切线斜率齐默示出来呢?

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经过数学家的不断勤奋探索,临了还就真找到了不错默示弧线斜率的器用:导数。导数的真义即是默示弧线在某少许时的斜率,比如上头这个函数的导数即是y'=2x.(带进去上头的数试一试不错发现是欢悦的)求导数(求导)有特殊的运算体式,基本上不错把总共函数的导数齐算出来(甚而是像y=x^11+4x+5.14/x +2.5^x这样的或者更复杂的函数)。(求导是一个运算,打'默示导数)

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(C,a,μ齐是常数)

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在这张表内部别的齐毋庸看,就看险阻两个(1)就行了,一个常数函数(比如y=1)的导数是0,麦可奈因哪里买把它和其他函数相加,新函数的导数与原函数换取(其实即是把原函数险阻平移了几格,切线斜率照旧不变的)是以,加减常数不会影响导数。

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03 积分

接下来让咱们望望咱们的另一大主角——积分,先引入一个场景:求含有弧线的图形的面积。从小学咱们就运行学习圆等含弧线图形的面积,然则对于圆之外的图形来说,如何求它们的面积造成了一浩劫题(阿基米德就也曾念念考过这种问题),而处理这种难题的形势即是积分。

底下咱们举一个例子:求x=0,x=1,y=0,y=x^2围成的图形的面积:(图形和四分之一圆不同)

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如何求这块图形的面积呢?咱们不错用分割法来求解:把图形在0到1之间分红n等份,在0到1的n中分点A1,A2,……,An上作念垂直于x轴的垂线与y=x^2交于B1,B2,……,Bn,再构造许多长方形,临了把总共长方形的面积加到全部就近似于这个图形的面积:

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S曲≈S1+S2+S3+S4.然则较着这些长方形的面积和与S还差许多,那就让咱们进一步细分:

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此时S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8+S9就愈加接近于S了,若是进一步细分,还会愈加接近。当n趋近于无限大时(即分的很是很是细时),总共长方形的面积和就可视作等于S.此时用数学体式进行演算就可赢得S1+S2+...+Sn=1/3.(具体经过如下,望望就行)

S1+S2+...+Sn=1/n * (1/n)^2 + 1/n * (2/n)^2 + ... + 1/n * (n-1 / n)^2

=1/n * [ (1/n)^2 + ... + (n-1 / n)^2]

=1/ n^3  *[1^2+2^2+...+(n-1)^2]

=1/ n^3 * [n*(n-1)*(2n-1)/6] //用了来源的公式

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=2 n^3 / 6 n^3  -  3 n^2 / 6  * n^3  +  n/6 * n^3

=1/3- 1/2n + 1/6 n^2.

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≈1/3 //因为n无限大,是以肖似于 1/n 的式子齐趋近于0

这即是用积分法求解含弧线图形的面积(天然应用也不单局限在这里,一些其他的问题也能用积分作念)。为了精真金不怕火,还降生出了定积分的记号:

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有计划词微分和积分之间有什么相干呢?它们为什么最终会走到全部呢?

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04 微积分

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最初咱们要回想一下导数。在导数那处咱们说过求导有一个逆运算,即是求原函数。

什么叫求原函数呢?比如我给你一个函数y=x^2,你当今不错很快说出它的导数是y'=2x,但若是我说一个函数的导函数是y'=2x,那你能很快求出这个函数(原函数)吗?惟恐不是这样容易。事实上这个函数是且仅是y=x^2+C(C是常数,不会影响导数)这也曾过即是求导的逆运算——求原函数,也被称为不定积分。不定积分有什么真义呢?连续往下看。

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警报!!!物理来袭!!!

拿物理举一个例子。咱们画一段通顺的v-t图像:

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略略用少许物理常识就不错赢得,中间围起来的玄色部分面积即是物体通顺的路程(准确说是位移)。对速率函数v(t)进行积分不错赢得路程值s,对s(t)进行求导也不错赢得v(t),这就评释,对v(t)求原函数就不错赢得路程值s!

此时,已知f(x)咱们有两种体式不错求出F(x):一种是求定积分(即之前算面积那一块的执行),一种是求原函数↑。字据这些,牛顿和莱布尼茨鉴识得出了解除个公式,也即是微积分基本定理(牛顿——莱布尼茨公式):

函数f(x)在a到b之间畅通(也即是莫得下图这种情况,这里弧线在x=1处断掉了)

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且存在F(x),则:

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咱们不错验算一下前边的阿谁例子:用定积分作念得出S=1/3,用不定积分作念得出F=x^3 / 3 +C(不要问我为什么,问即是不定积分表),F(1)-F(0)=(1/3+C) - (0+C)=1/3.

这即是微积分的中枢念念想。恰是有了这个公式,数学家们才得以借助它大杀四方。

注:总共这个词微积分顶用到了许屡次“无限小但不等于0”这个见地,它有些本领不可看成0(这样就不错作除数),有些本领不错看成0(加减法的本领就不错约掉),这个矛盾的安适要评释注解很贫困(要用极限),何况很难通晓,不合适咱们进步常识的初志,是以草稿先生就不写了(有更系统的著作具体教唆这少许)

微积分简略浅谈终了,但专家有莫得想一个问题,那即是咱们为什么要学微积分,草稿先生为什么要花4个多小时写这篇3000多字的著作?外出买菜用不上,中考高考也不考(敢用就扣分)。然则草稿先生但愿专家看完这篇著作之后,对数学能有一个新的意识:数学不单是有一堆没趣的,看不懂的记号,也有壮不雅的逻辑之好意思。数学最迷恋不舍的即是它严实的逻辑。当数学家们发现求导和求原函数互为逆运算,牛顿和莱布尼茨发现微积分基本定理,无限小的问题终于赢得处理时,我深信,他们齐是自重且抖擞的。大部分东说念主无法忍耐数学盘算推算带给他们的灾荒,但那些信得过心爱数学的东说念主,他们统统能够看到数学的内在好意思和应用之广。

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回到来源,到底是什么有时事件让我发现了这本书。上个月月考草稿先生物理没考好,草稿妈站在书架前一边嘚嘚一边翻哪些物理题不错作念,有计划词眼尖的草稿先生却看到这本《微积分初步》,物理于我而言不是云里即是雾里,哪非常学好玩,于是趁草稿妈不注重就把这本书带到了学校。临了我想说的是看在这篇3600多字的著作,她应该不会……,我保证我会好勤学物理的,诚然压强浮力确切有点烦。

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