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可视化微积分:用一种全新的数学方法得到抛物线X^2下的面积

 木桩指路 2020-08-21

数学中求任意曲线下的面积,都必须用到微积分,而微积分中最简单最实用的曲线就是抛物线Y=X^2,你口算都可以知道X^2的不定积分是X^3/3。

这么简单的东西,为什么还要重提呢?因为本篇告诉你一种全新的方法。来解释X^2的不定积分为什么等于X^3/3,这种方法是非常优美和直观。被称为可视化微积分

如下图是一个X^2的几何图形,我们在图形外面作一个外接矩形,如下图所示

可视化微积分:用一种全新的数学方法得到抛物线X^2下的面积

首先运用最简单的几何知识,我们知道抛物线的斜率是2X,那么切线与X轴交点的横坐标就是X-X^2/2X=X/2,这是一个很重要的结论,因为抛物线X^2任一点的切线与X轴交点的横坐标都是X/2

我们将抛物线下的面积分为两部分S和T,求二次曲线X^2的不定积分就是求:S+T

可视化微积分:用一种全新的数学方法得到抛物线X^2下的面积

我们将抛物线的切线延长至与Y轴相交,你会发现切线与外接矩形组成的直角三角形和切线与Y轴相交时组成的直角三角形相似而且全等,因为所有的边之比都是:1:1

我们由抛物线上每个点的切线而得到一个重要结论:被X轴分割成两段的切线长度相等,所以X轴上半部分抛物线的切线区域与整个切线区域的面积(与Y轴和抛物线相交的区域)之比是:1:4。 即,整个切线区域的面积(与Y轴和抛物线相交的区域)的面积是4S

可视化微积分:用一种全新的数学方法得到抛物线X^2下的面积

所以我们得到4S=S+T ,S=T/3

因为T是直角三角形,面积等于X^3/4, 那么S区域的面积就是T/3=X^3/12

所以抛物线下的面积就是:S+T=X^3/4+X^3/12=X^3/3 这与微积分得到的结果完全一致

可视化微积分:用一种全新的数学方法得到抛物线X^2下的面积

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