微積分基本公式知識點?微積分中幾個重要公式的簡易推導(彭彤彬),我來為大家科普一下關于微積分基本公式知識點?下面希望有你要的答案,我們一起來看看吧!
微積分中幾個重要公式的簡易推導(彭彤彬)
在數學分析或微積分裡面,有重要常數e,π,有重要的求導,多項式展開式,這些式子是怎麼推導出來的?本文基于極限,導數,積分定義及運算法則,一條龍從頭至尾,将它們推導出來。
可以看出,推導過程比各微積分教材中要簡捷深入得多,即不需要高深的理論基礎,就可得出了微積分中的各重要公式。
寫在此,供各位一賞。
由上知e的重要性,沒有e的定義,第一個不是多項式的函數的導數就求不出來,從而後面的導數公式的推導就不能進行下去。
有了e的定義後,雖說暫時我們不知道e的精确值是多少,但我們可以推出自然對數,以e為底數的指數函數的導數,見上。
由此,結合指對數運算性質及複合函數求導法則,可得到任意指數函數與對數函數的求導公式。見下:
為進一步開展以後推導,我們先由三角形函數定義及有關知識,推導出一個重要的極限值:當自變量趨向于0時,正弦函數與其自變量比值的極限為1。
有了上述重要極限,我們用複數運算,求導,積分等其本定義和運算法則,就可推導出e的ix次方與cosx,sinx之間的關系式,從而得出幾個重要常數0,1,i,e,π之間的著名關系式e的iπ次方與1的和為0。
具體過程見下:
有了上述關系式:
e^(ix)=cosx+isinx,
我們就可用指數表示三角函數,從而利用前面推出的指數函數求導法則,可推導出三角形,函數的求導公式。
具體見下:
可以看出,三角形函數求導公式簡單明了。
我們知道,多項式函數是包含最基本最簡單運算的函數,這樣的函數我們對其認識和把握是相當容易的。
我們就想,指數函數,對數函數,三角函數,它們能否表示成多項式的形式?若能,又有什麼區别?
我們先考慮以e為底數的指數函數分解成多項式,是個什麼情況,能得到什麼結論。
見下:
可以看出,e的x次方,展開成多項式形式時,含有無數多項和。
由此,令x=1,我們得出了e的精确值的表達式。
利用這個表達式,可以求出e的精确到任意位的近似值。
由這個式子可知,e不能表示為一個分數形式(若将後部帶省略号的一部分去掉,就可以通分變成一個有理數,而這隻是e的近似值),從而知它一定是一個無理數。
有了e^x的多項式展開式,結合e^x=cosx+isinx,馬上就可以很容易推導出三角函數的多項式展開式。
見下:
推出了上述很多公式和結論,最後我們找一個圓周率π的精确值等式。
我們先求反正切函數導數,并将這個導數結果式展開成多項式形式,然後對其積分,就得到了反正切函數的一個多項式展開式,最後讓x取一個特殊值,得到一個含有π的等式,變形就可以得到π了。
見下:
回顧以上推導内容,可以發現,對數函數的多項式展開式還沒推導出來,要另行推導。有了導數公式,再運用待定系數法,這個推導是不難的。
具體見下:
至于反正弦,反餘弦的多項式展開式,就不再詳述。
至此止。
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