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微積分入門基本公式第55講

圖文 更新时间:2025-01-31 06:26:34

上一講我們讨論了直線的斜率,直線好說,關鍵是曲線怎麼辦?曲線跟直線不同,它完全可以在這裡平緩一點,在那裡陡峭一點,它在不同地方的傾斜程度是不一樣的。所以,我們就不能說一條曲線的傾斜程度(“斜率”),而隻能說曲線在某個具體點的傾斜程度。

于是,我們就需要引入一個新的概念:切線

微積分入門基本公式第55講(微積分發展史6:曲線和切線)1

切線,直觀地看,就是剛好在這點“碰到”曲線的直線。因為切線是直線,所以切線有斜率,于是我們就可以用切線的斜率代表曲線在這點的傾斜程度。

傳統上我們可以這樣定義切線:先随便畫一個直線,讓這條直線與曲線有兩個交點,這樣的直線叫割線(仿佛把曲線“割斷”了,如下圖藍色的AB)。然後,我們讓B點沿着曲線慢慢向A點靠近,直觀上,等到B點和A點重合之後,割線AB就變成了曲線在A點的切線。

微積分入門基本公式第55講(微積分發展史6:曲線和切線)2

這樣做很符合人們的直覺,但是它在邏輯上會有一點問題:當B點向A點移時,它是什麼時候從割線變成切線的?

重合的時候麼?如果B點和A點重合,那就最後隻剩下一個點了,我們知道“兩點确定一條直線”,一個點怎麼能确定一條直線呢?但是,如果B點和A點不重合的話,那麼這就仍然是一條割線而不是切線啊。

于是,這樣就出現了一個“一看非常簡單直觀,但是怎麼說都說不圓”的情況,似乎兩個點不行,一個點也不行,怎麼辦?

解決這個問題有一個很樸素的思路:要确定這條切線,讓A、B兩點重合是不行的,但是讓它們分得太開也不行。最好就是讓這兩點靠近靠近無限靠近,但是就是不讓它們重合。沒重合的話就依然是兩個點,兩個點可以确定一條直線;無限靠近的話又可以把它跟一般的割線區分開來,這樣不就兩全其美了麼?

也就是說,A、B兩點必須無限靠近但又不能重合,這樣它們的距離就無限接近0但又不等于0。這是什麼?這不就又是無窮小麼?

我們前面求曲線圍成的面積的時候,核心思想就是用無數個矩形去逼近原圖形,這樣每個矩形的底就變成了無窮小。在這裡,我們又認為當A、B兩點的距離變成無窮小的時候,割線AB就變成了過A點的切線,是不是有點巧?它們之間的共性,大家可以好好體會一下~

未完待續~

下一講引入微分的概念

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