老黄要用最通俗的语言告诉你,微分,求导和不定积分之间的关系。这是一个困扰很多人的问题,如果老黄讲得不好,欢迎批评讨论。当然最重要的其实是最后归纳出来的一个公式。
求导分为求导数值和求导函数两类,求导数值,其实就是求函数图像在某点切线的斜率k。显然在这个点必须存在切线,然后才会有斜率k的问题。注意,切线存在,有可能斜率是无穷大,这时导函数就没有意义。
而只要k是一个有限值,那么导函数表示的就是它关于自变量x的函数。即,k=f'(x)。我们习惯记成y=f'(x)的形式. 或者直接用y'表示.
求导的方法是通过对自变量x进行微分实现的,自变量的微分记为dx。在对自变量进行微分时,函数也同时会被微分,记为dy。从而就得到了导函数的微分形式f'(x)=dy/dx。我们称它为微商。微商其实是差商的极限,这就回到了导数的定义了。
所以,可以说微分是求导的一种方法,并不是说微分等于求导。
积分嘛,顾名思义,就是把微分的结果,重新堆积起来,你想想啊,上面你把原函数切成无穷多的小细块,再把它们重新堆积起来,不还是原函数吗?但是,这个时候就回不到原来的位置上去了,因为竖直的位置变得无法确定,所以我们把这类积分称为不定积分。以后还会讲到定积分 ,那又是另一回事了。定积分同样是堆积起来的,但侧重点不同。
因此,我们可以说积分是微分的一种延续,而不定积分和求导是互逆的过程。
根据三者的关系,我们可以得到下面四个公式。
证明:(1)(∫f(x)dx)’=f(x); (2)∫f’(x)dx=f(x) C;
(3)d(∫f(x)dx)=f(x)dx; (4)∫df(x)=f(x) C.
解释:(1)不定积分求导的结果是被积函数;
(2)导函数积分的结果是一个包含原函数的函数族,竖直方向的位置无法确定,所以用加上常数C来表示;
(3)对不定积分进行微分,相当于对原函数的微分。这里的f(x)是被积函数,即原函数的导数。原函数的微分等于它的导数与dx的积,这是微分和导数章节中分享的知识。
(3)最后一个公式最重要,它指的是,对微分再积分,得到原函数所在的函数族。
这些公式都比较难证明,因为它们都过于抽象,但是越困难的事情,越有挑战性,老黄就越喜欢。
证:根据不定积分的定义,知f(x)存在原函数,
设f(x)的原函数为F(x) C, 即∫f(x)dx=F(x) C.【这一点是各个公式的基础】
(1)∵(F(x) C)’=f(x), ∴(∫f(x)dx)’=f(x).
(2)∵(f(x) C)’=f’(x), ∴∫f’(x)dx=f(x) C.
(3)d(∫f(x)dx)=d(F(x) C)=dF(x)=F’(x)dx=f(x)dx.
(4)∵df(x)=f’(x)dx, ∴∫df(x)=∫f’(x)dx=f(x) C.
我们经常会利用最后一个公式来求一些不定积分,比如:
例:利用∫df(x)=f(x) C,求∫sinxcosxdx.
解:∵dcos2x=-2sin2xdx=-4sinxcosxdx,
∴∫sinxcosxdx=-1/4*∫-4sinxcosxdx=-1/4∫dcos2x=-1/4*cos2x C.
想要知道对不对,对这个结果求导,看看导数是不是原来的被积函数就可以了。当然,在你熟练的情况下,过程是可以写得更加简略的。现在你对微分,求导和积分的关系,有更深的理解了吗?