但根据人的天性,我们在学习之前,往往会有一个疑问:
微积分能解决哪些问题?
求瞬时速度(导数)
所谓速度,就是我们跑步时候“快慢”的那个速度。
假设,小明沿直线匀速向前跑步,第1秒离出发点3米,第2秒离出发点6米,依此类推。
那么,显然,小明的速度是3米每秒。
之所以如此容易计算,是因为小明是匀速奔跑,距离和时间的关系是:
s = 3t
显然,直线的斜率是很好求的。
然而,如果小明跑步不是匀速直线,而是变速直线呢?比如:
s = t²
那么,距离和时间的曲线就变成了这样:
这时,显然,每一“瞬间”都有一个速度。
但是,怎么计算出这个速度呢?
另外,更基础的是,如何定义“瞬间”呢?
本专栏会给出答案。
求位置(不定积分,或称为反求导)
这个问题是上文求瞬时速度的逆问题。
假设,已知小明沿直线跑步每时每刻的速度是:
v = t²
那么,如何计算小明每时每刻的位置(起跑时t = 0,起跑点s = 0)。
本专栏给出了答案。
求里程、求面积(定积分)
这个问题与以上的问题有微妙的差别和联系。
同样,假设,已知小明沿直线跑步,每时每刻的速度是:
v = t²
那么,小明在5秒至6秒间跑了多远?
这个问题等效于求一个曲边图形的面积,本专栏也会为大家深入剖析。
求弧长
所谓弧长,听起来高大上,通俗地说就是“线段的长度”。
比如,对于函数:
y = 3,x≥0
其函数图像是一条水平的射线。
那么,假设我们要计算0≤x≤1这一段的弧长:
不用算了,显然,弧长s=1。
又例如,对于函数:
y = 3x,x≥0
其函数图像是一条倾斜的射线。
假设,我们要计算0≤x≤1这一段的弧长:
也很显然:
s² = 1² + 3²
因此:
s=√10
上面两个例子之所以这么好算,是因为它们都是“直”的。
但是,如果线段是“弯”的呢?比如,对于函数:
y = x²,x≥0
假设,我们要计算0≤x≤1这一段的弧长:
怎么算?它是弯的啊。
微积分可以算这种弯曲的弧的长度,本专栏将给出方法和背后的原理。
求质量
假设一根铁丝,密度不是均匀的,即有的部分比较“致密”,比如铅;而有的部分比较“轻盈”,比如塑料。
那么,如果已知每一处的密度,如何求其质量?
这就是“曲线积分”的概念,本专栏也会介绍。
近似平方
假设,我们手上没有计算器。
现在需要笔算:
1.02334² = ?
如果直接计算,似乎比较复杂、比较耗时。但是,如果用微分,我们就可以直接看出近似的结果。
口算开方
又比如,1附近的开方运算:
如果直接计算,也是比较复杂。
但是,我们可以用微分简化计算,直接看出结果。
总结
微积分的应用远不止这些,还有梯度、旋度、散度等多元函数微积分中的概念,都是非常精彩的。
如果感兴趣,无论你是高中生还是本科生,无论工科生还是文科生,都能从本专栏的实例中获益,微积分将为你提供另一个看待世界的角度。
订阅本专栏,一起开始这段轻松而又富有内涵的数学之旅吧!微积分从此不再是一个冰冷的名词。