什么叫微积分?请用生活中通俗易懂的语言描述!谢谢?
(小石头尝试着来回答这个问题)
用生活中通俗易懂的语言描述微积分为:
微分:圆角的桌角的局部放大后近似于平直的,于是膝盖撞上去不会很痛;
积分:土豆的体积近似等于其切出来的土豆条按照长方体计算的体积之和,土豆条切的越细,越准确。
更具体的描述如下:
微积分分为微分和积分两部分,首先,我们来讨论什么是微分?
考虑下面的两个曲线,
某些生活经验(比如:膝盖不小心撞上去的感觉)告诉我们,两个曲线在A点处的特性不同:
蓝色曲线A点处是圆润的;
绿色曲线A点处是棱角的;
进一步,我们在两个曲线A点处用直尺画一条直线,然后放大A点附近的局部:
观察发现,随着局部的不断放大,两种特性的差异表现明显,在A点处圆润的 蓝色曲线 和 直线越来越 贴近,而A点处棱角的 绿色曲线 则和 直线 毫不相干。
蓝色曲线在A点处的表现,就是微分,具体的数学描述如下:
设 蓝色曲线的对应的函数是 f(x),A 点的 坐标是 (x, f(x)),则可以再 A 处做一个局部坐标 X"AY":
局部坐标 X"AY" 下,蓝色曲线的函数为:
Δf(Δx) = f(x + Δx) - f(x) ①
称其为 函数 f(x) 在 A 点处的变化率,而 直线的函数为:
l(Δx) = kΔx ②
其中 k 为常数,表示直线的斜率。
根据,上面的分析,我们知道 随着 Δx 的减小,Δf(Δx) 和 l(Δx) 越来越 贴近,也就是说,它们的差 Δf(Δx) - l(Δx) 也会越来越小。那么具体,如果描述 这种 贴近呢?
很自然我们会想到:
当 Δx 趋近于 0 时, Δf(Δx) - l(Δx) 也趋近于 0。③
但是,这用来描述贴近,显然不够,因为考虑绿色曲线(上半段),
发现 Δf(Δx) - l(Δx) = (k"-k) Δx, 也满足 当 Δx 趋近于 0 时, Δf(Δx) - l(Δx) 也趋近于 0,但显然 它们不 贴近。于是我们对上面的描述,进行调整:
当 Δx 趋近于 0 时, (Δf(Δx) - l(Δx)) / Δx 也趋近于 0(即,Δf(Δx) - l(Δx) 比 Δx 更快的趋近于 0) ③‘
这样,对于绿色曲线 (Δf(Δx) - l(Δx)) / Δx = (k"-k) 显然是非零常数,就被排除了。
令 o(Δx) = Δf(Δx) - l(Δx) 称 为 Δx 的高阶无穷小量,并将,③‘ 写成极限形式为:
于是最终得到:
这个公式就是 函数 f(x) 在 A 点处的微分。
由 ④, ① 和 ② 有:
等式两边取极限,再 根据 ③" 得到:
令,
称f"(x) 为 f(x) 在 A 处的导数,当 A 点取满 f(x) 的整个定义域时,称 f"(x) 为 f(x) 的导函数,f(x) 为 f"(x) 的原函数。
至此,微分就讨论完毕,接着,我们讨论什么是积分?
积分又分为:不定积分 和 定积分,先说 不定积分。
设 f(x) 是 函数 F(x) 的导函数,即,f(x) = F"(x),现在已知 f(x) 求原函数 F(x),令,
称为不定积分。
也就是说,不定积分,就是求导的 逆运算。
然后是,定积分 也称为 黎曼积分,我们看一则故事(本故事纯属虚构):
自从阿基米德发明排水法后,测量不规则物体的体积已经不是问题。有一天,阿基米德去餐馆吃午餐结果忘了带钱,刚好老板也是一个数学爱好者,于是老板对阿基米德说:“如果 阿基米德先生 可以 只用 带刻度的直尺 测量出土豆的体积,这一顿就免费”。阿基米德最近正在用割圆法计算圆周率,于是很快找到了解决问题的方法:
只见他,迅速用直尺的将土豆切成土豆条,然后将每个土豆条近似当做 长方体,用 直尺量出其长宽高,进而计算出 每个土豆条的近似体积,最后将 所有 土豆条 的体积加起来就是整个 土豆的体积。
餐馆老板,提出质疑,认为 将 土豆条 近似的 当做 长方体,不准确。阿基米德,反问到:
如果
所谓微积分,就是一点一点的、像乌龟一样,磨磨叽叽地慢慢爬行增长。
比如,我手头的银行卡,我的目标每年增长一万。其结果,兼职不景气,单位又不死不活的,工资全部交公,其结果,每年也就一千左右的微积分增长。
比如,最初我的“悟空问答”收益,起五更爬半夜,辛辛苦苦地码字、配图、倒腾肚子里的知识,一字一字地用大拇指按出来。其结果,总是0.12元、0.24元、014元地给我微积分增长。
再比如,跟我很重视的人微信交流,我兴奋地、唧唧闹闹地按了一堆字,也风风火火地配了几个图。她却超级淡定地回了一个符号,或者一个可怜兮兮的“嗯”完事,跟我玩微积分式地文字。
看明白了吧,这就是微积分,回答的专业不?
微积分的核心思想在于微分和积分,简单理解:微分就是无限切割,积分就是求和。
1.二维问题的不规则四边形面积问题,就是把曲边梯形先切割,切割n份,再把每一份的面积算出来,加起来就是曲边梯形的面积
2.三维问题就好像是求一个面包的体积,可以把面包切片,切n片,再把每片的体积算出来加到一起,就是整个面包的体积;
微积分,可以理解为把世界上的曲线,不规则面积,都分隔成非常小(无限小的概念)的一段一段,或者一块一块无限接近规则图形的图形,然后把一段一段的最小直线(无限小)或者无限接近规则图形的图像,加起来就是这个曲线的长度或者是这图形的面积。这里面就涉及到,无穷小概念(曲线上的两个点,无限接近直线),导数概念(曲线上某个点可导,表示这个曲线在这点上是连续的,否则无法计算面积),积分概念(在笛卡尔坐标上,X轴从一个点到另外一个点,这两点之间的无限的最小面积相加,就是我们要的总面积。计算结果就是,这个面积无限接近实际面积……。
微分积分最直观的理解是在几何中的应用。
自己拿一张纸,一般是长方形。如果想知道它的面积,找个尺测下长边和短边长度,然后长乘宽即可得面积。
然后随手撕张纸,再撕。。。,扔满地。随手捡起一块,问你面积是多少?傻眼不?你一看这什么形,既不是长方形,更不会是正方形,圆形,梯形,总之不是中学学的任何一中规则几何形状,是个说不出来的形状,好在还是平面的,咋办?为什么要想到规则图形,因为你只知道规则图形有公式可算面积。如长方形面积是长乘宽。
聪明如牛顿的就想出来办法了。既然长方形可以算出面积,那我就用小刀沿直线划开这块奇形怪状的纸片,划的一条一条的,拿起任意一条咋一看,这每个纸条不都是长方形吗,再仔细看,不对,刀划过的长边是直线,短边还是弯弯曲曲的,不是长方形,只是近似长方形。那沿着长边再细分。。。,直至每一块短边看不出弯曲了。这下就有几百上千个小小长方形纸片了。
好了,你可以用长方形公式算任何一块纸的面积了,这个操作就是微分。那么刚才捡起那块纸面积呢?笨吗?就是把这些无数个小长方形面积加起来就是了。哦,这就是积分。
那些说微积分没啥用的,通过这例子自己看下有没有用。如果没用,科学家能测出小到微观粒子的电磁质量,大到地球的质量,大气层的气体含量,及宇宙各天体的质量,甚至可以把握宇宙天体分布状况。
y=f(x),在二维坐标系这个曲线和x轴围成的面积可以看作无数个小矩型面积之和,高是y,宽是dx。表达式是∫ydx=∫f(x)dx,就是积分(不定积分,有上下限就是定积分)。f(x)是∫f(x)dx的微分。
微积分是微分和积分的合称。
微分是分析微小的变化情况。微小的原因会产生多大的微小结果。比如速度是单位时间移动的距离。如果时间单位很小,则移动的距离也很小,越接近一个时间点的瞬时速度。
积分微分的逆运算。瞬时速度乘以很短的时间,就是距离,所有的距离相加就是总的距离。
我就简单的说一下:所谓微分就是无限分割,也就是说你想要多么小它就多么小,满足你需要“小到多少”的条件!现举一例:我们知道速度等于路程(位移)除以时间(位移所用的时间),同理,表示为:U=St—S0/t—to,也就是德尔塔S除以德尔塔t,那么把微分符号加上就是基本微分式了,即:du=ds/dt。积分下次再说吧
微积分是连续的,不是量子世界的一份一份的东西。是从宏观世界看微观世界,微观世界的和等于宏观世界。这与量子世界不同,量子的微观世界之和不会简单的等于现实世界。
这样,经典微积分可以在必要时候丢弃无穷小量,也可以对无穷小量进行对此变化率。可以用不同的变化率组合表示另一种变化率。
微积分有墙挡着,这就是极限,无论你怎么朝这个方向走,都不能突破。局部也有墙,那就是极值。
微积分是导航,给定一个方向,迈出无穷小的一步。再给一个方向,迈出无穷小的一步。
通俗易懂的比喻,微积分是由微分与积分组成,在数学术语中统称微积分。形象一点比喻吧!例如一个不规则的平面,你套用任何的计算公式都不适合的时候,你可以将它分割成为N个长方形,当变成N个长方形后,并且N越大,计算出来的结果就越准确。
结论:
把一个不规则平面分为N个长方形的过程就叫做:“微分”。
把N个长方形加起来就叫做积分。
以上两个过程加起来就叫做:“微积分”。
这样比喻应该明白了吧?