1. 瞬時變化率
平均變化率-平均速度
瞬時變化率-瞬時速度
從平均速度引入瞬時速度比較合適。舉例,對於平均速度來說,當時間差接近0時,平均速度就變成了瞬時速度
平均速度又等於兩點的斜率,當時間差接近0時,斜率(瞬時斜率)又等於曲線切線的斜率,因此曲線切線的斜率就是瞬時速度
利用無限小增量的方式,就能得到某點的瞬時斜率
斜率就是兩點之間的平均變化率
不指明方向叫速率,指明方向叫速度
2. 極限
極限是微積分的基礎,儘管它非常重要,卻是一個很簡單的概念
定義(epsilon delta definition):對於給出的任何大於0的ε,無論ε等於多少,都存在一個大於0的Δ,使得當0<|x-c|<Δ時,0<|f(x)-L|<ε,那麼就稱L是函數f在x趨於c時的極限。本質上來說,可以無限接近極限值,是因爲可以選取任何的ε。ε決定f(x)距極限值的距離
例子,證明:
此例中,c=1,L=3
3. 導數
直線斜率推廣到曲線中,就有了導數
直線的斜率一直不變,曲線的斜率是變化的(曲線上某點的斜率等於該點切線的斜率)
直線斜率->曲線割線的斜率->曲線切線的斜率
Δx很大時,割線斜率與確切點切線的斜率相差較大,但Δx很小時,割線斜率就與確切點切線的斜率很接近了;取割線斜率在Δx趨於0時的極限,割線斜率就等於確切點切線的斜率了,此時該極限式子又稱爲導函數,導函數的值稱爲導數,即某點切線的斜率:
3.1. 導數法則
指數、加法、鏈式、乘法(商)法則
利用上述法則,求多項式的導函數,其實很簡單
3.2. 常用函數的導數
利用導數法則,求指數、對數、三角函數等的導數
1. 多項式的導數
2. 指數函數
3. 對數函數
4. 三角函數
證明(沒有按照上面的順序)
1.
2.
3.
首先利用 ln(x) 的導數得出:
再使用鏈式法則求導:
又因爲:
所以:
4. 反導數法則(積分法則)
反指數、加法、反鏈式、反乘法法則,反乘法法則又推導出了分部積分,三角代換。
分部積分(比反乘法法則更有用,每進行一次,f(x)的指數會降低一次):
反鏈式看不出來的話,可以使用代換積分法
4.1. 如何理解積分
積分只是“對許多寬很小的矩形面積求和”。導函數曲線下的面積等於原函數兩個函數值的差,因此可以利用積分求曲線下的面積:
通過“時間距離方程”可以說明爲什麼曲線下的面積等於原函數兩個值的差:
假設“時間距離方程”及其導函數“時間速率方程”爲:
通過“時間距離方程”求1秒到2秒經過的距離:
通過“時間速率方程”求1秒到2秒經過的距離:
當δt趨於0時,通過“時間速率方程”求得的距離近似等於“時間距離方程”的結果。
又因爲:
爲導函數曲線下的一系列長方形的面積,因此如果想求某個曲線下的面積,可以先對曲線積分,然後利用積分求得曲線下的面積
進一步擴展,可以利用積分思想求旋轉體的體積(圓盤方法,殼方法)。
假設導函數沿x軸旋轉,旋轉體的體積(圓盤方法)爲:
假設導函數沿y軸旋轉,旋轉體的體積(殼方法)爲:
4.2. 例子
4.2.1. 換元法
4.2.1.1. 三角換元法
三角換元法隸屬於換元法
將Θ代回去:
4.2.2. 分部積分
證明:
5. 微分方程
微分:一個差值,無限小的變化量;y方向無限小的變化量,稱爲y微分,x方向無限小的變化量,稱爲x微分
微分方程:包含微分的方程稱爲微分方程
注意:傳統方程的解是一個數字,微分方程的解是一個函數