微积分入门基础知识,微积分自学最快多久

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-14 03:16:11

博士的回答是老师的常用手段,但是稍微有些糊弄的成分。因为这种回答还会遗留下面的疑问。

“不在意这些缝隙”具体是什么意思?事实上,不管是在意还是不在意,缝隙总是会存在的,不是吗?

这个疑问看上去似乎很无聊,但在高等数学中却是一个很有意思的问题。从结论上来讲,为了解决上述疑问,我们有必要使用“夹逼定理”(两边夹定理),从圆的内部和外部都取近似来研究图形。即先计算出“圆内部的方格数”对应的圆周率,然后再用同样的方法,计算出“包含圆边界的方格数”(内部方格数加包含圆边界的方格数)对应的圆周率。这样一来,我们可以得到下面的结论:

圆内部方格数对应的圆周率 < 圆实际的圆周率 < 包含圆边界的方格数对应的圆周率

如果将方格不断替换为更小的方格,“圆内部方格数对应的圆周率”和“包含圆边界的方格数对应的圆周率”,二者的数值会慢慢接近,都接近圆实际的圆周率,这就是“夹逼定理”。

如果对“夹逼定理”感兴趣,可以再读一读《微积分强化读本》(柴田敏男著/讲谈社)等书,可以从中获得一些专业知识。

本书中此话题暂且到此为止。在微积分中,不拘小节的精神同样重要。

微积分入门基础知识,微积分自学最快多久(17)

图7是小方格组成的与圆近似的图形。左边是大方格,右边是小方格。通过这两个图大概可以明白“把粗糙的图形精细化,就会接近实际图形(圆)”。精度非常高的锯齿状图形,实际上很难在视觉上与平滑图形区分出来。

电视、电脑的液晶显示器,都是使用这个原理来显示画面的。液晶显示器显示的画面实际上是锯齿状的。但是显示器中锯齿的精细度非常高,所以我们眼中看到的就是平滑的线了。

我们也可以这样说,圆形实际上是由无数精细小方格组成的锯齿状图形,即圆形是锯齿状图形的“极限”。像这样,“近似”在数学中是极其好用的方法。

如果执着于完美再现平滑的线,那么就不会出现液晶显示器吧。多亏了非完美主义的近似方法,才诞生了划时代的技术。

和变为了积分

计算圆的面积时,小学中采用的方法是用“正方形”来划分圆的内部空间。这样做的原因实际上很简单,就是因为方格纸的方格是正方形。

求圆的面积,要领是精细地划分圆。也就是说,划分的形状应该不限于正方形。因此,我们可以把圆分成“细长的短条”来求面积。比如图8,我们尝试把圆分成细长的短条,也就是长方形的组合。

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虽说如此,但既然说到了符号,从现在开始我们就尝试使用积分符号吧。公式也会从此处开始出现,不过内容和刚才的讲解是完全一致的,所以请轻松地读下去。和业界人士使用行业术语讲话一样,使用数学符号讲解数学,相同的内容在表达上也会看起来非常优雅。

在图9中,我们把圆裁切成非常窄的短条。水平方向为x轴。这时,圆的裁切方向和x轴正好是垂直关系。

在此基础之上,我们选取一条宽度为Δx的短条。Δ是希腊字母,读作“德尔塔”(Delta),多用作“差”(difference)的符号,表示非常小的数值。

现在,我们用公式来表示这条短条的面积。

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