本篇是是上一篇文章
微積分的思維,是對傳統方法的降維打擊,大道至簡其實不難!的延續閱讀。
之前,我們已經了解了從微分到積分的轉換過程。其實,我們也可以反向推演從積分到微分的轉換過程。
對任一可導的函數y=f(x),在區間x∈[a,b]上,有f(b) -f(a),這是曲線y=f(x)在Y軸上的一段投影的長度。
把區間x∈[a,b]分割成無限個無限小,每個無限小記為△x,則有b-a=∞*△x。
那麼:
f(b) -f(a)=[f(b) -f(b-△x)] [f(b-△x) -f(b-2*△x)] ...... [f(a 2△x) -f(a △x)] [f(a △x) -f(a)]
因為△x/△x=1,又得到:
f(b) -f(a)=[f(b) -f(b-△x)]/△x*△x [f(b-△x) -f(b-2△x)]/△x*△x ...... [f(a 2△x) -f(a △x)]/△x*△x [f(a △x) -f(a)]/△x*△x
=f'(b)△x f'(b-△x)△x ...... f'(a 2△x)△x f'(a △x)△x
因為函數y=f(x)可導,我們把f'(b)~f'(a),記作f'(x),于是得:f(b) -f(a)=∫f'(x)dx,x∈[a,b]。
拿出式中一項,單獨表達:[f(x △x) -f(x)]/△x=f'(x)。因為[f(x △x) -f(x)]/△x要進行極限運算,表達式記作:
從上述的推演來看,導函數f'(x)是可以由原函數f(x)計算得出的,而原函數f(x)是由導函數f'(x)逆向推導得來的。為了能在微積分計算時,收放自如地推導原函數f(x),我們需要先做好準備工作:求導數f'(x)。
下面,我們一起來了解幾個常見函數的求導過程。
1、常數函數y=C求導:
也可以記作:(C)'=0。
2、比例函數y=ax b求導,a、b為實數:
也可以記作:(ax)'=a。它也可以視為幂函數y=x^μ當μ=1時的一個特例。
3、指數函數y=a^x求導:
初中學數學的時候,我們先學的幂次方運算後學的指數運算,但求導數不一樣,指數函數能用正常的方法求,但幂函數需要借助指數函數的求導結果來求導。所以,我們先來了解指數函數的求導。
也可以記作:(a^x)'=a^x*lna。
當指數函數的底數取自然常數e,也就是a=e時,因為lne=1,所以(e^x)'=e^x。
4、幂函數的y=x^μ求導:
我們可以先求一個μ為正整數時的特例。取x=a,當x無限趨近于a時,就可以求出y=x^μ在x=a處的導數。
把a替換成x,就有(x^μ)'=μx^(μ-1),把μ從正整數域推廣到實數域,這個結論也是成立的。但這是類比推論,(x^μ)'=μx^(μ-1)還需要去證明。這就需要借助指數函數y=e^x和對數函數y=lnx的求導結果以及複合函數的求導方法。我們先把證明貼出來,有需要補對數函數和複合函數求導課的同學,可以回頭再來看。
首先我們做一個很有意思的轉換:x=e^lnx。有的同學可能忘了對數的運算,那我們先證明一下這個等式。令e^lnx=y,則lnx=lny,x=y,所以x=e^lnx。那麼有:
了解了這幾個基本函數的導數,反過來求積分,一般的求面積或路程的問題,就不在話下了。
如果把微積分當作一門武功,那求導數就相當于打開了“任督二脈”。為了學好微積,讓我們來愉快地求導數吧!
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