一文讲透微积分的本质( 二 )


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一文讲透微积分的本质

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成立 。将式子两边除以2π,得出
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第二,关于球的内容,累加“表面积×Δr ”,就能求出球整体 的体积 。所以
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成立 。
将式子两边除以4π,得出
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把微分公式
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【一文讲透微积分的本质】代入,得出积分公式
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即“分割”成较小部分的操作是微分,相反,“累加”较小部分的 操作是积分(图 98) 。
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微分和积分就像硬币的正反面,是完全相反的关系 。
02
基本定理的使用方法
真正理解了“微积分的基本定理”,就会觉得这东西并不复杂 。但是,这个定理的厉害之处在于应用范围很广 。虽然看起来很普 通,但是很实用 。
比如说“幂函数的微分公式”是
我们以此来尝试推导“幂函数的积分公式” 。
根据微积分的基本定理可知,幂函数的微分公式的意思可以用 图 99 来表示 。
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即幂函数的微分公式的意思是:
改变α的值就可以不断列举出:
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把这些式子(也可以说是句子)依次分别除以 3、4,可以 得出:
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积分式子即使无限地写下去,其意思也十分简单 。
也就是说,一般“指数增加 1”后写在分母和x的右上角,即
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但是,有一点必须要注意 。
实际上到目前为止,我们使用“积分”这个词时,意思是有 些不清晰的 。比如说,在刚刚解释的幂函数中,微分
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可以得到
但是,还存在其他函数,其微分结果也为
这里,我们漏掉 了微分得 0 的函数 。问题就在于此 。即如果将
微分的话,其结果也得
“微分得 0 的函数”也就是“没有变化的函数”,这种函数叫作 “常数函数” 。常数函数的斜率为 0,即对于任何 x 值函数的结果都 相同 。设常数函数值为C,则可以写成
如图 100 所示,常数函数的函数值没有变化 。其中的常数C,可以 是 100,可以是 -50,也可以是 10 万亿 。重要的是C“没有变化”,而不是数值本身是大是小 。
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这是幂函数的积分公式 。
对f( x) 的微分进行积分得出的函数,叫作“f ( x) 的原函数”,写作F ( x),即
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原函数中始终存在“一项不定数值 C(不定项)” 。在这里,“通过 积分求出原函数”,这叫作不定积分 。相反,像之前提到求取面积 或者体积的积分,叫作定积分 。不定积分和定积分不同,原则上不 写“从哪里到哪里的积分” 。
多出的这个 C,就像多余的装饰品让人无法平静,不过可以不 用在意 。因为在计算面积等问题时,C 就会消失 。
例如,图 101 中灰色部分的面积,用定积分符号表示的话,写作
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这个定积分的值为
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这里有一条向右上方倾斜 45°的直线y x =。
从x =1到x = 2之 间的面积是多少(图 102)?
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因为灰色部分是梯形,所以可以用(上底 +下底) ×高 ÷ 2 的 公式计算面积 。 图中的梯形往左边倾倒,上底的值为x =1时y的值,y = x=1 。 下底也一样,为x = 2时y的值,y = x= 2 。 高是2 − 1= 1,所以面积是


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