分享

数学特别差的人(除了加减乘除什么都不会的那种)该如何自学微积分?

 漫步之心情 2017-09-05

同意楼下(也可能是楼上)轩中所说的,只会加减乘除是可以学习微积分的。很多喜欢物理的同学都在大学前自学了微积分,不会这玩意实在看不了喜欢的物理书。

微分是对函数的运算,最简单的函数是y=x,这里x是自变量;y是因变量(因之而变的量)。

那么如何理解函数呢?

最简单的方法是列表:

第一个点是(0,0);第二个点是(1,1);第三个点是(2,2)……可以一直这么罗列下去。

然后我们拿张纸来画图(随手画图,随手打草稿是培养物理思维的好习惯):

横轴是x轴,与之垂直是y轴;x轴与y轴相交,交点是原点O(0,0)。

x轴,自左向右,是有个方向的。原点的左边是负数,原点的右边是正数。

y轴,自下向上,也是有方向的。原点之上是正数,原点之下是负数。

在这个x-y平面上,任何一个点P都有x的取值和y的取值,点P用(x,y)表示;

经过点P(x,y),平行于y轴做一条平行线,与x轴交于点A,A的坐标是(x,0)。

经过点P,平行于x轴做一条平行线,与y轴交于点B,B的坐标是(0,y)

现在y=x可表示为下图:

这是一条经过原点的直线,对直线而言,两个点,比如O(0,0)和A(1,1)就可以确定一条直线。

更进一步的例子,是函数: y=2x

模仿以上研究步骤,我们先列表:

然后作图,y=2x也是一条直线,两个点就可以画出这条直线。

比较y=x和y=2x,我们发现y=2x比y=x“陡峭”。

更一般意义下,我们研究:y=kx

这也是一条直线。

假设k>0,我们发现k越大,这个直线就越陡峭,因此我们称k为斜率。

两点可以确定一条直线,我们选原点O(0,0)为其中一点,另一点是如图的A点,假设A点的坐标是(b,a);经过A点平行于y轴做到x轴的垂线,与x轴交于B,B点的坐标是(b,0)。

现在我们得到了一个直角三角形OBA

假设角AOB=α,α相对的边AB叫“对边”,对边的长度是AB=a,另外一条直角边OB叫“邻边”,邻边的长度是OB=b。

那么斜率k等于什么呢?

回到函数:y=kx

A:(b,a)是y=kx上的一点,因此:a=kb

斜率是:k=a/b

我们单独看三角形AOB

这是一个直角三角形;

角ABO = 90°,假设角AOB=α;

对边AB长度为a,邻边OB长度为b,斜边OA长度为c

对直角三角形AOB,我们可引入一系列三角函数

“正弦函数”是“对边比斜边”:sinα=a/c

“余弦函数”是“邻边比斜边”:cosα=b/c

“正切函数”就是斜率:tanα=a/b

“余切函数”是正切函数的倒数:cotα=b/a

三角函数很有用,它有好多性质。这里暂时先不一一罗列。

我们现在来研究更复杂点的函数,比如

首先列表

然后画图(虽然现在有做图软件,我推荐大家还是用手来画),

我们发现这不是一条直线,而是一条曲线,在这条曲线上每一点的斜率都不一样。

这里斜率可以理解为在每一点附近曲线的陡峭程度。

我们有没有办法把这个曲线的斜率随x变化的规律表达出来?

我们想了这么一个办法(如图),

假设A、B是曲线上的两个点,这两个点挨的非常近,但又没有重合。

假设A点的坐标是

B点的坐标是

这里Δ是个很小很小的量,但又不为零。

经过A、B我们引一条直线,这条直线的斜率是k,我们就用这个k值来表示曲线在x时的斜率。

为了看清楚一些,我们把图中的直角三角形ABC放大

斜率的取值是“对边除以邻边”:k=BC/AC

这里AC的长度是Δ,BC的长度是

考虑到Δ很小(趋于0),那么Δ的平方就更小(更快速地趋于0),相比于2xΔ,我们忽略掉Δ的平方,现在:

斜率是:k=2xΔ/Δ=2x

我们现在就求出了曲线在x处的斜率,它是2x,确实是在变化的。

在微积分的语言里,我们记作:k=dy/dx=2x

类似地,我们还可以研究x三次方函数的斜率是多少。

我们可类似地考虑小直角三角形ABC

如图我们需要计算

上式中,考虑到Δ很小很小(趋于0),第二项、第三项相比于第一项是可以忽略不计的。

因此:

写成微分的形式

更一般地,我们可以论证x的n次方的微分是

我们可以设想一个函数f(x),它可以表示为x的幂次的相加

这类函数的微分,原则上我们也会计算了。

以上讨论,我只使用了加减乘除,刨开数学上的严谨性,我们已经会计算不少微分了。所谓积分是微分的逆运算,假设我们知道函数变化的趋势,我们如何把原来的函数求出来。

比如对x做积分

我们很容易验算对等式右侧的微分就等于等式左侧的被积函数x,这里C是常数,对常数的微分是0(这相当于说与x轴平行的直线的斜率是0)。

以上就是我的微积分入门,适合只会加减乘除的朋友,在此基础上如果大家还要进一步学习微积分,可以找一本高中水平的《微积分初步》看看,我相信你已经能看懂不少了。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多