微积分原理,即求面积和求斜率是互逆运算(转发)
(2020-08-07 15:12:54)微积分原理,即求面积和求斜率是互逆运算
微积分原理,一言以蔽之,即,微分和积分是互逆的运算。在同济版的高数教材中,有微积分基本定理,即∫f( x) dx= F(b)—F(a) (1)
它是什么意思呢?就是一个函数求定积分,等于积分函数之差。
再看一个微分公式,即dF( x)/ dx= f(x) (2)
它的意思是积分函数的微分等于原函数。
比较这两个公式,就可以看出,是有联系的。
让我们离开公式,积分就是求面积,这个积字就这么来吧。早在阿基米德,就用他的方法,将圆内接和外切正多边形,以其多边形边长趋向无穷时,其多边形就认为是圆。当然这里面还有哲学的含混不清。
所以积分就是求和,只不过求和的项有无穷多,稍微再多些哲学思考,这些无穷多项求和的结果并不导致无穷多,这和普通常识是有错觉的。
求和的符号是∑,比如∑n=1+2+3+4+5+……+n
莱布尼茨将求和符号,即∑拉长,就变成了符号∫。所以求和与积分是有联系的,即求和可以说是积分的一个子集。或者简单理解,求和是有限项求和,而积分是无限项求和。
所以对无限项求和,再取极限,就是积分。
最简单的就是抛物线下的面积。在讲其之前,我们来看一个更简单的例子,即直线下的面积。这根射线将过原点和第一象限。所以该直线下的面积就是三角形面积。
那么抛物线下的面积,要将抛物线分割成比如无限个近似梯形,然后求和,当然其解要用到∑n^2,需要一定的数学技巧,就是1^2+2^2+3^2+4^2+……
上面讲的是积分的问题,而微分在概念上要简单一点,就是求曲线的切线的斜率。如果有数值计算的经验,不防计算割线的斜率,即(y2-y1)/(x2-x1),让点(x2,y2)趋近点(x1,y1),如果你有耐心计算一系列割线的斜率,你会发现它趋向一个固定的值,这个值就是切线的斜率。
牛顿和莱布尼茨发现,一个函数先求积分,就是函数曲线下的面积,然后再求所得函数的微分,即斜率,你会发现又回到了原来的函数。
就像先做加法,再做减法,这样不加也不减。微积分也是这样,无论先做积分,再做微分,还是先做微分,再做积分,你总是回到原来的函数,这就提示我们本文开头提出的答案,积分和微分是互逆的运算。