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业余数学之王费马用高超的数学技巧得出了X^n的不定积分

 一点进步 2020-09-24

在牛顿和莱布尼兹发明微积分之前,数学家费马,沃利斯,卡瓦列里就已经解决了X^n曲线下的面积,他们的方法今天看来,仍然是非常巧妙的,美妙的数学思想源于一颗伟大的数学头脑,今天我们就来欣赏业余数学之王费马的方法

第一:现代方法

如下是X^2,X^3,X^4的指数函数图形,

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一般的函数公式就是

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用现代书本上黎曼求和的方法进行细分

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结合牛顿-莱布尼兹公式得到

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这是现代教科书上的方法,看上去很简单

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第二:费马的方法

费马首先引入了几何级数的概念,如下图

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上述的几何级数源于如下公式

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费马将X^n曲线划分成不相等的区间,而且是使用几何级数来确定每个小矩形的宽度,如下图,且0<r<1

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那么每个矩形的宽度就是:它们是按几何级数增长

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接着确定每个矩形的高度,如下图:带入X^n公式得到

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这样每个矩形的面积就是

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把所有小矩形的面积加起来就是X^n图形下的面积,其结果取决于r

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由费马引入的几何级数求和得到

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化简上述表达式,得到

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当r无限趋近1时,上述表达式的分母就等于n+1,所以费马就得到了X^n曲线下的面积,这和微积分公式所得到的结果完全一致

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