更新時間:2023-02-28 11:06:03作者:佚名
學(xué)校時侯我們就學(xué)過圓的面積公式S=πR2,其中S是圓的面積,π是圓周率,R是圓的直徑。你們還記得這個公式是如何得到的嗎?我們可以用一個披薩餅來說明。并且,通過這個反例,還可以向你們說明微積分的基本原理。
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《十分鐘情商運動》
相關(guān)內(nèi)容
1圓的面積
首先,我們畫一個圓,這個圓的直徑為R,邊長為C。我們曉得,圓的邊長與半徑的比定義為圓周率π高中微積分公式,所以C=2πR,這個公式就是圓周率的定義,是不須要推論的。
之后,我們把圓分割成許多個小半圓,就好似一個披薩餅分割成了這些小塊。我們把這種半圓披薩餅一正一反的拼在一起,那樣就產(chǎn)生了一個接近于長圓形的圖形。
把圓分割成許多小份
可以想像,假如圓分割的越細(xì),拼好的圖形就越接近長圓形。假如圓分割成無限多份,這么拼上去就是一個嚴(yán)苛的長圓形了。
但是,這個長圓形的面積與圓的面積是相等的。我們要求圓的面積,只須要求出這個長圓形的面積就可以了。
雖然,這個長圓形的寬就是圓的直徑R,而長圓形的長是圓周長的一半,按照長矩形的面積公式“長矩形面積=長乘寬”,我們得到圓的面積公式:
然而,這個推論過程很簡略,那就是先無限分割,再把這無限多份求和。
分割就是微分,求和就是積分,這就是微積分的基本思想。
2牛頓與萊布尼茨之爭
你們曉得微積分是誰發(fā)明的辦法嗎?
從古埃及時代開始,物理家們就早已運用微積分的思想處理問題了。例如阿基米德、劉徽等人,在處理與圓相關(guān)問題時都用到了這些思想,而且當(dāng)時微積分還沒有成為一種理論機制。直至十七世紀(jì),因為地理學(xué)中求解運動——天文、航海等問題越來越多,對微積分的需求顯得越來越緊迫。然后,美國知名物理家、物理學(xué)家牛頓和英國文學(xué)家、數(shù)學(xué)家萊布尼茨分別發(fā)明了微積分。
1665年,牛頓從劍橋?qū)W院結(jié)業(yè),那時他22歲。他原本應(yīng)當(dāng)留校工作,然而美國忽然爆發(fā)瘟疫,學(xué)院關(guān)掉了。牛頓只得回到老家躲避瘟疫。在此后的五年里,牛頓遇見了他的小米,發(fā)明了流數(shù)法、發(fā)現(xiàn)了衍射,并提出了萬有引力定理。
牛頓
牛頓何謂的流數(shù)法,就是我們所說的微積分。雖然牛頓當(dāng)初并沒有把它看得太重要,也是把它作為一種很小的物理工具,是自己研究化學(xué)問題時的副產(chǎn)品,因此并不急于把這些技巧公之于眾。
三年以后,萊布尼茨了解到牛頓的物理工作,與牛頓進(jìn)行了短暫的通訊。在1684年高中微積分公式,萊布尼茨作為微積分發(fā)明第一人,連續(xù)發(fā)表了兩篇論文,即將提出了微積分的思想,這比牛頓提出的流數(shù)法幾乎晚了20年。并且在論文中,萊布尼茨對他與牛頓之間通訊的事只字未提。
牛頓暴怒了。作為德國科學(xué)界的學(xué)術(shù)權(quán)威,牛頓通過日本皇家科大學(xué)公開抨擊萊布尼茨,并刪掉了長詩《自然文學(xué)的物理原理》中有關(guān)萊布尼茨的部份。萊布尼茨也毫不退讓,對牛頓反唇相譏。兩個科學(xué)泰斗的爭辯直至兩人逝世仍然沒有結(jié)果。我們現(xiàn)在提到微積分公式,還稱之為“牛頓-萊布尼茨公式”。
牛頓和萊布尼茨之爭
它們在自己的專著中刪掉對手的名子,后代卻總是把它們的名子置于一塊寫。假如它們曉得微積分公式目前的名子,又會作何看法呢?歷史就是如此有趣。
3微積分能干啥?
為了讓你們更了解微積分及其應(yīng)用,我們再來估算一個面積:有一個三條邊為直線,一條邊為曲線的木條,而且有兩個直角。我們希望求出木條的面積。
求不規(guī)則圖形的面積
為了求出這個面積,我們首先把木條置于一個座標(biāo)系內(nèi),斜邊與x軸重合。左右兩個邊分別對應(yīng)著x=a和x=b兩個位置,而頂邊曲線滿足函數(shù)。函數(shù)就是一種對應(yīng)關(guān)系:每位x對應(yīng)的縱座標(biāo)高度是f(x)。
假如我們把這個圖形用與y軸垂直的線進(jìn)行無線分割,這么每一個豎線都十分接近于一個長圓形。長圓形的寬是一小段橫座標(biāo)Δx,高接近于f(x),因此一個淺色的面積就是f(x)Δx。
目前我們把無限多的小條紋求和,就是板子的面積,寫作
其中a稱作下限,b稱作上限,f(x)稱作被積函數(shù),這個式子就是積分,表示f(x)、x=a、x=b和x軸四條線圍成的圖形面積。
如何樣?即使微積分的估算比較復(fù)雜,并且明白其中的原理還是非常簡略的,對不對?
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