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):

\lim_{x \to 0} (\frac{x}{x^2-1}) =\ ?

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)

x

f(x)

0.1

-\frac{10}{99}

0.01

-\frac{100}{9999}

0.001

-\frac{1000}{999999}

0

0

-0.001

\frac{1000}{999999}

-0.01

\frac{100}{9999}

-0.1

\frac{10}{99}

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:

\lim_{x \to 0} (\frac{x}{x^2-1}) = 0

还有一个例子值得关注:

\lim_{x \to 0} (\frac{1}{|x|}) =\ ?

再来试一试吧!

x

f(x)

0.1

10

0.01

100

0.001

1000

-0.001

1000

-0.01

100

-0.1

10

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:

\lim_{x \to 0} (\frac{1}{|x|}) = +\infin

极限的正式定义:

\lim_{x \to a} f(x) = L

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秒平均速度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:

m = \lim_{x \to a} (\frac{f(x)-f(a)}{x-a} )

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dyx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:

\frac{d}{dx} (x^2) = 2x

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):

\int 2x\ dx = x^2+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。

x

y

A

1

2

1 = 1^2

2

4

4 = 2^2

3

6

9 = 3^2

4

8

16 = 4^2

定积分表示在一个区间之内,函数积累的变化量

\int_{1}^{2} 2x\ dx = 3

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不定积分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!

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