
微积分简述
开头
本文不太可能勾起你对微积分的兴趣,但是我尽我所能,大概讲述下微积分各个概念的含义。
极限
想象一下,你在路上行驶,先走 100 米,再走 50 米,然后 25 米…… 每次行驶的距离都是上一次的一半。你会发现,无论怎么走,你都会越来越接近某个点,但你永远不会真正到达那里。那你最终会走多少米?
极限是什么意思?极限,也就是函数的输入值在接近某个值(可以是无穷)的时候,函数的输出值会接近哪个数值。
听起来很复杂吧?接下来看看下面这个式子(不是很标准):
这个式子是什么意思呢?意思就是当\frac{x}{x^2-1}这个函数当中的x(变量)越来越接近0的时候,这个函数的输出值会接近哪个数?
试试看吧!(我们可以从两边接近)
看到了吧?当x(输入值)越来越接近0的时候,f(x)(输出值,也写作y)也会越来越接近0,所以上面这个式子可以这么写:
还有一个例子值得关注:
再来试一试吧!
可以发现,数字会变得越来越大,直到无穷无尽。但是我们又知道,0不能做除数。不过,极限的意思是说,无限接近,但永远不会到达。所以我们仍然可以得出一个结论:当x越来越接近0的时候,f(x)越来越接近正无穷。式子可以这么写:
极限的正式定义:
也就是,当x趋近于a的时候,f(x)的值趋近于L。
导数(微分)
一天不导积阳德,两天不导积积阳阳德
当开车的时候,看着车上的仪表盘,那写的是“瞬时速度”。你刚刚还在60km/h,过了一会,现在是80km/h,那么中间一下子的速度有多快?
物理学过吧?物理中有位移、速度和加速度这三个概念。
导数的意思是说,函数在某一点瞬间的变化率,或者在某一点切线的斜率。可能这么讲还是比较复杂。 试想一下,我们在1秒(一段时间)里移动了3米,我们此时说我们的速度是3m/s。其实,速度就是位移对时间的导数。简单来讲,速度就是位移在某一瞬间(比如一秒)变化的量。
我们有的时候可能会好奇,如果2秒到3秒的平均速度是5m/s,那么我们该怎么求出2.5秒时的瞬时速度呢?这时候导数就要派上用场了。
导数可以用下面这个式子表示:
微分,顾名思义就是把整体分成微小的部分。导数也是如此,如果x发生了变化,称作dx,那么对应的y,或者说f(x)的变化量就称作dy。x的变化量越微小,那么就越接近y瞬间的变化量。
导函数是函数整体的变化趋势。比如:
这个式子表示函数x^2在任何一点上作切线,斜率都是2x。
积分
积分可以在游戏里抽奖的
假设你有个好习惯,每天都要走8000步左右,坚持了21天。可是每天总归会有变化,第一天走了7200步,第二天走了9000步……把21天的步数都加起来,你总共走了多少步?
积分,顾名思义,就是把微小的部分累积起来。积分刚好和导数反过来,也就是把变化的量累积起来。比如我们平均速度是3m/s,一共移动了10秒,那么我们总共移动了多少距离?很容易算出来,是3*10=30m。
但是当我们移动的速度总是变化呢?比如:我们以3m/s的速度移动了5秒,接着以2m/s的速度移动了7秒,再然后以5m/s的速度移动了3秒,总共移动了多少距离呢?也很容易算出来:3*5+2*7+5*3=44m。
如果把速度画成一条曲线(直线也可以),积分就是求这条曲线和时间轴之间的面积。
原函数(不定积分)也就是导函数反过来(别忘了+C):
这个式子表示函数2x下的面积是x^2。
证明过程:
函数图像如下:
我们知道x是自变量。假设x = 1,那么y就是2x = 2*1 = 2。运用三角形面积公式(A=bh/2):(1*2)/2 = 1,刚好是1^2。
定积分表示在一个区间之内,函数积累的变化量:
这个式子表示在x=1和x=2时,函数2x下的面积是3。
怎么算出来的?可以看看过程。
方法1(画图法):
梯形面积:\frac{h(a+b)}{2}
h = 2 - 1 = 1
a = 2 - 0 = 2
b = 4 - 0 = 4
A = 1 * (2+4) / 2 = 3
方法2(不定积分):
2x的不定积分是x^2+C。但是在定积分中,+C可以忽略掉。故:
(2)^2 - (1)^2 = 4 - 1 = 3
结语
又一篇瞎写的文章,已经摆烂了,建议别看(?)
如有任何纰漏,欢迎指正!