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微積分的發展和意義

生活 更新时间:2025-03-07 15:46:32

微積分就是微分和積分的合稱;為兩個動作,就是劃分和組合。

微分:微,微小;分,劃分;微分是指把整體劃分成很多微小的部分。

積分:積,堆積;積分是指把微小的部分堆積起來。

微積分就是把整體劃分成很多微小的部分,這些微小的部分是我們所熟悉的,能處理的部分;等我們處理完畢這些微小的部分,然後把結果累加起來,還原成整體,最終得出近似結果。因為微小的部分可以無限小,無限接近于0,微積分永遠是近似值

為什麼要這麼做呢?這是人們隻會處理簡單事情,隻能化繁為簡,把複雜的問題化簡成簡單的問題處理,再複原成複雜的問題。

我們生活中處處都是複雜的實例,比如下圖的人行道,請問你怎麼計算這段路程的長度?這段道路利用長方形木闆鋪路,要想知道人行道路程有多遠,隻要人們記下腳下的模闆個數,然後乘上木闆的寬度就行了,這裡的木闆寬度是直線。當然你可以用尺子一段一段路程測量這裡的一段是直線,因為人們隻懂直線的測量方法。

微積分的發展和意義(微積分的核心思想)1

同理下圖的盤山公路,人們隻要記下路中間白線個數,然後乘上白線間距就清楚這段公路的曆程了,這裡白線的間距是直線,可以直接測量得到。當然你可以拿着利用三維坐标儀,一段一段的測量,同樣這裡一段也是直線距離。這些複雜的問題人們都是把曲線劃分為直線處理做處理的。這就是劃分和組合的運用,就是微積分中的化為微小部分,處理微小部分,再把微小部分累加還原,這就是微積分的基本思想。

微積分的發展和意義(微積分的核心思想)2

數學來源于實際生活,但為了更具有普遍性,都進行了高度抽象,這樣就可以處理更複雜的問題,更具有普适性。接下來我們從形象的幾何入手,最後在到抽象的代數,了解了微積分的最基本的思想。

在生活中我們經常遇見如下圖的曲線,那麼我們怎麼求出它們的長度呢?我們隻有一種方法就是在曲線上設置很多點位,然後測量相鄰兩點的距離,這裡相鄰兩點的距離是直線距離,然後累加計算之和;這裡的思想也是把曲線分割許多微小的部分,計算微小的長度,最後再把微小的部分積累起來。隻要劃分的足夠小,足夠多,就能帶到自己想要的精确長度。

微積分的發展和意義(微積分的核心思想)3

這個曲線在幾何上是X 坐标和Y坐标點的某種關系的合集,屬于幾何圖形;當然這樣曲線也有自己的解析式,例如y=axn bxm c。圖中直線P0P是這段曲線在P0點的切線,切線P0P就可以代替曲線P0P;而某一點的切線為y/=anxn-1 bmxm-1。由此推理,需要求曲線P0P的長度,轉化求切線P0P的長度。那麼曲線對應的解析式為y=axn bxm c,轉化為切線方程y/=anxn-1 bmxm-1。

微積分的發展和意義(微積分的核心思想)4

由于我們腦海隻能呈現二維和三維的幾何關系,高緯度的幾何關系我們腦海無法呈現,但是一旦幾何圖形有轉發為高度抽象的解析式,就擺脫了想象的拘束。

所以不管多麼複雜,核心思想就是對其劃分再合并,劃分就是尋找直線的過程,也是切線的過程;合并就是把直線的結果合并起來,近似還原本來面目。

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