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可導可微三者是什麼關系

圖文 更新时间:2024-05-16 21:52:03

千呼萬喚始出來,失蹤人口重新回歸啦,emmmm,我的上一期文章還是四個月前發布的,具體沒更新的原因後續我會以個人的小故事發出來的,最近也許會高産一些。


之前跟大家講過極限是數分最最基本的概念,有了它才會有後面那麼多的可微、可導、連續等概念。注:本文隻讨論一元微積分(多元微積分相比一元的要複雜得多,不僅要考慮每個分量,還要考慮到每個分量之間的聯系)

其實大家在高中就已經學過導數的概念,當時是由變化率這個概念提純出來的概念,在函數圖像上也有着特殊的幾何含義——斜率,所以可以通過函數圖像來判斷一個函數的導數是否存在,即是否可導或者可微。如下圖所示:

高中函數 f(x) 導數的定義:

可導可微三者是什麼關系(跟我聊一聊可微)1

可以這樣理解,函數自變量 x 發生了一個小小的波動 Δx ,那麼函數值的變化 f(x Δx)−f(x) 是否相比與自變量的波動 Δx 成線性呢?即 (常數) 是否成立,這裡由于變化微小,所以考慮極限定義,如果這個極限存在那麼就将它定義為函數 f(x) 在該點的斜率,在幾何上,也是切線與 x 軸非負半軸方向夾角的正切值(如上圖所示)。

到了大學,定義幾乎沒變,隻是對于條件或許更嚴格、更專業化而已。如下:

至此,大家也許會有疑問,本文題目一開始就提出了兩個概念,可導vs可微,可微又是什麼呢?


可微可以說是從是另一個方面說明函數變化率的概念,分析步驟差不多,如下:

函數自變量 x 發生了一個小小的波動 Δx ,那麼函數值的變化 Δy=f(x Δx)−f(x) 是否相比與自變量的波動 Δx 成線性呢?即 Δy=kΔx(k為常數) 是否成立,跟上面差不多,換成了乘積形式,但是對于數學這卻是兩種完全不同的形式,這裡由于變化微小,所以同樣地考慮極限的定義,而且那些微小的不影響函數主要線性部分的因素不應該被忽略,所以會寫成

那麼可微的準确定義來了

是這樣的,可微呢,可積這一套我們都是學習西方的,是英文翻譯過來的。學到後面,你會發現,其實數學上的東西,線性的一般是最簡單的,一般都很好研究,但是自然界或者實際中,很多東西往往都是非線性的,所以我們需要對它在極其微小處進行微元線性處理(物理上很多東西都是這樣搞出來的),這也就是我們為啥定義微分要取主要線性部分,你再想想現實中,地球是球體,但是你生活的那一小點就是平面啊,也就類似進行了線性化處理。

所以基本從推導形式上就可以看出,對于一元函數這兩個定義等價。接下來我們嚴格推理一下

必要性: 可導⇒可微

充分性: 可微⇒可導

好的,綜上所述,我們基本完成了對于一元函數可微與可導的總結概述。

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