怎樣簡單理解微分?今天我們來講解一下微分,現在在高中階段,就開始接觸微積分知識了,微積分是現代科學的數學基礎,很多工程問題,都是需要通過微積分方程來解決的閑話少說,我們直接上幹貨,今天小編就來聊一聊關于怎樣簡單理解微分?接下來我們就一起去研究一下吧!
今天我們來講解一下微分,現在在高中階段,就開始接觸微積分知識了,微積分是現代科學的數學基礎,很多工程問題,都是需要通過微積分方程來解決的。閑話少說,我們直接上幹貨。
一、微分的含義
微分的原始含義:函數變量y的變化,相對于變量x的變化的變化率。這裡的核心要注意的是,微分描述的是y相對x變化的變化率。設函數關系,y相對于x的變化關系可表達為:,當的時候,這個變化率,就是f(x)在x點的微分導數,數學推導式就是:
對于微分,通常表示為,意思是對y關于x求導。
二、微分的幾何解釋
由于在幾何上可表示為幾何曲線,對曲線函數對x進行微分求導,得出的也是一個函數,記為,我們叫它為函數的微分函數,設為這個幾何曲線上的一個坐标點,我們要搞清楚以下關系:
,表示的是在x1點的導數值,這個導數值m,表示的是函數曲線在坐标點處的切線的斜率。其對應的切線方程是:
,這裡特别要注意,别把m跟y1搞混了。
在點(x1,y1)上與切線方程垂直的直線方程稱之為法線方程,其方程是:
上述關于微分、導數、切線斜率、切線方程、法線方程之間的關系,一定要搞懂,很容易混淆。
很多題目都會基于導數值、切線方程、法線方程這些關系,來讓你求幾何問題,包括直線長度、坐标值、角度等。你搞清楚上面的關系,這些題目都是很簡單求解的,否則就會一頭霧水。
三、微分的變化趨勢解釋
當函數在這個點上的導數值為0,意味着這個函數曲線,在坐标處于穩定點狀态,這個穩定點,既可能是頂點,也可能是底點,由此可見,穩定點也可描述為函數曲線變化的轉折點。那麼這個點到底是頂點,還是底點呢?這可以通過對微分函數再進行一次微分,得出二階微分函數,再把x1值代進去,根據下表關系即可判斷出這個點到底是頂點,還是底點。
含義 |
位置 | ||
0 |
>0 |
下一趨勢向上 |
底點 |
0 |
<0 |
下一趨勢向下 |
頂點 |
微分的變化趨勢的這個解釋,是非常有實用價值的,其意思是,對于一個函數方程,我們可以通過找出其導數值為0的點,然後再進行二階求導進而判斷出導數值為0的點的下一走勢趨勢。舉個例子,假如我們能夠對某個股票的日k線圖,建立起其價格p對于時間t的函數方程,那麼我們就可以通過求導找出其轉折點,這個轉折點就是一個可能的買入賣出點,是買入,還是賣出,就看這個函數的二階微風函數在這個點上的導數值m的結果了,如果m>0,則意味着下一趨勢向上,是個買入點。如果m<0,則意味着下一趨勢是向下,是賣出點。你看,如果你能對某隻股票的價格p對于時間t的變化,建立起一個穩定的方程,那麼你就可以運用微分知識,成為股神啦:)。當然這隻是理論上可行,實際上你要建立一隻股票的價格p對于時間t的變化的穩定的函數方程,幾乎是不可能的,至少目前世界上還沒哪個牛人能整出這樣的方程:)。這裡隻是借用這個例子,說明一下微分的變化趨勢的實際可能的用途。
四、微分的基礎計算公式
上面講述了微分的概念和原理,下面,我們正式進入微分的計算,微分的計算,其實就是找出一個函數對應的微分函數。微分的基礎計算公式,就是那些最基礎的計算公式,所有的微分計算,都是基于這些基礎公式進行推導演化的,彙總如下:
上述就是所有的微分計算基礎公式,都是需要背的,直接背下來就是了。
五、鍊式法則
上述介紹了微分計算的基礎公式,那麼對于複雜形态的函數進行求微分函數,怎麼辦呢?方法就是應用鍊式法則,鍊式法則的步驟如下:
1、把函數的不滿足基礎形态的x複雜部分,進行整體化x替代,讓函數變成适用于基礎公式的形态,再進行求微分,求出微分函數後,把這個整體化x用原來的内容替換回到得出的微分函數;
2、再對剛才被看成整體的部分進行再求微分,如果這個部分滿足基礎公式形态,直接求微分,如果這個部分還是不滿足基礎公式形态,再次按1步方法執行,直到是基礎公式形态為止;
3、用第2步的結果與第1步的結果相乘,得到的就是最終的微分方程。
舉例:對函數求x的微分方程
這個函數是個複雜函數,不滿足基礎公式形态,我們首先把、、三個不滿足基礎形态的x複雜部分,分别看成整體u、v、w,則函數形式變為
,這個是滿足基礎公式形态的,求微分得出
,再把各自的x整體代入進去,就是
然後對被看成整體部分的、、再進行分别求微分,分别得出是:、6、9,再把這幾個被看成整體部分的微分結果,與各自的整體微分結果相乘,得出:
這就是最終的微分方程。
使用鍊式法則要注意:
1、當函數不滿足基礎形态時,把非基礎形态的x部分,看成整體,讓其滿足基礎形态
2、被看成整體的,求出微分方程後,記得要把整體表示的内容還原替換回去
3、被看成整體的還需要再次求微分,得出結果與之前的結果相乘。
鍊式法則對求解微分方程很重要,真正遇到的方程,絕大多數都不是基礎形态的,都需要使用鍊式法則進行求解。
基于鍊式法則,可推導出以下公式,大家有興趣可以自行推導一下:
好了,上面就是我總結的關于微分的知識内涵講述,掌握了這些,你對微分的基礎算是紮實了,剩下的就是做些題鞏固一下理解,以上講解希望對大家有幫助。知識創作不容易,您能看到這裡,證明您對本篇知識感興趣,認同的話,請點贊、分享加關注,您的支持是我前進創作的最大動力,感謝感謝!
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