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微積分的本質(zhì)

 菌心說 2021-12-13

參考3Blue1Brown中的視頻

1. 微積分的三個(gè)中心思想:微分、積分、互逆

保留對(duì)稱性,數(shù)學(xué)會(huì)給你獎(jiǎng)勵(lì)

從近似到精確:許多實(shí)際問題可以近似成大量很小的東西加起來,這類問題最后都等價(jià)于求圖像下的面積,怎么求任意圖像下的面積?實(shí)話實(shí)說,找到這個(gè)面積,即積分函數(shù),真的很難

用圖像下的面積定義的任何函數(shù):
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2. 導(dǎo)數(shù)的悖論

導(dǎo)數(shù):瞬時(shí)變化率

矛盾:在不同的時(shí)間點(diǎn)之間,變化才能發(fā)生,“瞬時(shí)”代表單個(gè)時(shí)間點(diǎn),怎么會(huì)有變化?利用一段極小的時(shí)間差dt,使“瞬時(shí)”變成了兩個(gè)時(shí)間點(diǎn),讓“瞬時(shí)變化率”變得有意義
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3. 用幾何來求導(dǎo)

求導(dǎo)方式:幾何方式、代數(shù)方式
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4. 鏈?zhǔn)椒▌t和乘積法則

現(xiàn)實(shí)世界中,需要或多或少地混合、微調(diào)簡(jiǎn)單函數(shù)(冪函數(shù)、三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)),例如彈簧長(zhǎng)度:

Length = 2 + e ? 4 t cos ? ( 20 t ) \text{Length} = 2 + e^{-4t} \cos(20t) Length=2+e?4tcos(20t)

三種組合函數(shù)的基本方法–加法、乘法、鏈?zhǔn)剑?/p>

d d x ( sin ? ( x ) + x 2 ) d d x ( sin ? ( x ) x 2 ) d d x ( sin ? ( x 2 ) ) \fracopkdopnojk{dx}(\sin(x) + x^2) \quad \fracopkdopnojk{dx}(\sin(x) x^2) \quad \fracopkdopnojk{dx}(\sin(x^2)) dxd(sin(x)+x2)dxd(sin(x)x2)dxd(sin(x2))

加法通過函數(shù)圖像來理解,乘法通過面積來理解,鏈?zhǔn)酵ㄟ^多條數(shù)軸來理解
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5. 指數(shù)函數(shù)求導(dǎo)

事實(shí)上,基本見不到某底的t次冪這種形式的指數(shù)函數(shù),基本都是以 e c t e^{ct} ect 形式出現(xiàn)的;表達(dá)某個(gè)特定的指數(shù)函數(shù),有很多方式,寫成e的某常數(shù)乘以t次冪的形式,只是一種寫法罷了,不過它的好處是,常數(shù)c表示變化率

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6. 隱函數(shù)求導(dǎo)

求任意曲線切線斜率的通用方法:求導(dǎo)
隱函數(shù)曲線: x 2 + y 2 = 5 x^2 + y^2 = 5 x2+y2=5,不是 y = f ( x ) y=f(x) y=f(x)的形式
相關(guān)變率:相關(guān)變化率
對(duì)含有多個(gè)變量的表達(dá)式求導(dǎo),究竟是什么意思(把等式兩邊分別看成兩個(gè)函數(shù)):

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7. 極限

導(dǎo)數(shù)的正式定義:通過極限來定義;反過來,導(dǎo)數(shù)也可以用來求極限
d f d x ( x ) = lim ? h → 0 f ( x + h ) ? f ( x ) h \frac{\mathrmopkdopnojkf}{\mathrmopkdopnojkx}(x)=\lim_{h \rightarrow 0} \frac{f(x+h)-f(x)}{h} dxdf(x)=h→0limhf(x+h)?f(x)
極限的定義: ( ? , δ ) (\epsilon,\delta) (?,δ)定義
洛必達(dá)法則:
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8. 積分

積分:求導(dǎo)的逆運(yùn)算。如果一個(gè)問題可以通過細(xì)分然后再相加的方式估算的話,可以試一試積分

9. 面積和斜率的聯(lián)系

連續(xù)變量求平均值,也是積分問題:

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10. 泰勒級(jí)數(shù)

學(xué)習(xí)泰勒級(jí)數(shù),很大程度上就是為了在某個(gè)點(diǎn)附近,用多項(xiàng)式函數(shù)去近似其它函數(shù)
級(jí)數(shù):無限多項(xiàng)的和。累加有限多的項(xiàng)叫“泰勒多項(xiàng)式”,累加無限多的項(xiàng)叫“泰勒級(jí)數(shù)”

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