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。 |
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