导数:
关注的是“变化率”。
你驾驶一辆汽车在高速公路上飞驰。你的里程表记录了你走过的总路程,而这一刻,你低头看了一眼速度表:120km/h。这个数字代表了什么?它代表了你在这一瞬间的“速度”。
但在逻辑上,这其实极其诡异。“瞬间”的时间长度为零,在这个零时间里,车子并没有移动。既然没有移动,何来速度?
导数解决了这个悖论。它不再纠结于静态的点,而是观察一种趋势。它告诉我们,如果我们将时间切得足够碎,碎到无穷小,事物在那个极限时刻的变化倾向是怎样的。
[吃瓜群众]
在几何上,它是曲线切线的斜率;在物理上,它是瞬时速度;在经济学上,它是边际成本。
导数是一把解剖刀,它切开了时间的连贯性,让我们得以窥探“当下”这一刻,系统究竟想往哪个方向演化,以及演化得有多剧烈。它是对未来的预判,是变化的灵敏度。
[抠鼻]
积分:
关注的是“累积量”。
如果说导数是做减法(切分),那么积分就是在做加法(汇聚)。
回到那辆汽车。如果你知道每一秒钟车子的瞬时速度,你怎么知道两小时后车子跑了多远?你需要把这无数个“瞬间”所跑过的微小距离,全部加总起来。
这就是积分的本质:积少成多。它将无数个无穷小的碎片(微分),通过某种法则重新粘合在一起,还原成一个整体。
[吃瓜群众]
在几何上,它是曲线下方的面积;在物理上,它是变力所做的功;在概率论中,它是连续分布的概率总和。
积分是一种宏观的智慧,它不计较一城一池的得失,而是审视漫长历史中的总和。它告诉我们,现在的状态,是过去所有瞬间变化的累积结果。
奇迹般的相遇
导数与积分,一个向微观无限切分,一个向宏观无限累积。在表面上看,它们仿佛是毫不相干的两个操作。
然而,17世纪的数学天空中划过了两道闪电——牛顿和莱布尼茨。他们惊讶地发现,这两个看似对立的过程,竟然互为逆运算。
这就好比“加法”与“减法”,“乘法”与“除法”的关系。如果你对一个函数先求导,再积分,你将回到原点。这被称为微积分基本定理。
[微笑]
这个发现是人类理性的巅峰时刻之一。它意味着:我们可以通过分析局部的变化(导数),来掌握整体的命运(积分);反之,我们也可以通过宏观的累积(积分),推导出瞬间的状态(导数)。自此,人类终于找到了那把通往动态世界真理的钥匙。
一. 导数的定义:从割线到切线
[微笑]
二.定积分的定义:黎曼和的极限
3.求和:所有小矩形面积之和称为黎曼和:
[抠鼻]
为什么求面积(积分)可以通过求原函数(导数的逆运算)来解决?这里我们推导微积分基本定理的第一部分,它揭示了积分上限函数与被积函数的关系。
所以:
[6]
这个等式震撼人心:如果你对一个函数进行积分(求面积),然后再求导(求变化率),你得到的就是原来的函数。
由此导出牛顿-莱布尼茨公式(微积分基本定理第二部分):
[抠鼻]
这个公式将复杂的无限求和过程(积分),转化为了简单的代数减法。自此,导数与积分完成了完美的闭环,人类计算能力的边界被无限拓宽。
热门跟贴