微積分電機二仁
33號謝承祐

微積分

是研究極限、微分學、積分學和無窮級數等的一個數學分支,並成為了現代大學教育的重要組成部分。

歷史上,微積分曾經指無窮小的計算

應用:微積分學在科學、經濟學、商業管理學和工業工程學領域有廣泛的應用。

微積分的歷史

古代:在古代數學中,產生了一些引申出後來積分學的思想,但當時對該些思想的探討方式並不嚴格、、系統。

現代:文藝復興之後,基於實際的需要及理論的探討,積分技巧有了進一步的發展。

基礎:在微積分中,「基礎」意味將一個概念從明確的公理和定義中嚴格地建構出來。

重要性:微分應用包括對速度、加速度、曲線斜率、最優化等的計算。積分應用包括對面積、體積、弧長、質心、做功、壓力的計算。更高級的應用包括冪級數和傅立葉級數等。

微積分的概念

微積分主要有三大類分支:極限、微分學、積分學。

極限和無窮小:微積分中最重要的概念是「極限」。微商(即導數)是一種極限。定積分也是一種極限。

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導數:導數的幾何意義是該函數曲線在這一點上的切線斜率。

積分

積分是微分的逆運算,即從導數推算出原函數,又分為定積分與不定積分。

一個一元函數的定積分可以定義為無窮多小矩形的面積和,即等於函數曲線下包含的實際面積。

我們也可以用積分來計算平面上一條曲線所包含的面積、球體或圓錐體的表面積或體積等。

從技術上來講,積分學是研究對這兩個相關的線性算子的研究。

定積分輸入公式,輸出數字,即給出圖像與橫坐標之間各個面積的代數和。

對定積分的技術定義是各個矩形之面積和的極限,又稱黎曼積分。

微積分基本定理

微積分基本定理又稱微積分基本公式,證實微分和積分互為逆運算。

微積分基本運用

微積分學的發展與應用幾乎影響了現代生活的所有領域。

精算

計算機

統計

工業工程

醫學

商業管理

人口統計

物理學

經濟學

加法定律:若與皆可微分,則

7170FF4A-C36E-480E-8A29-54A1AAF66978

加法定律:若與皆可微分,則

B5651C99-6937-4A90-922C-84C1482B920A

減法定律:若與皆可微分,則

7D538B70-2D28-43E0-A89E-B7884A052904

乘法定律:若與皆可微分,則

02CFA05B-BC30-4D18-BC17-BF3178FB04DF

除法定律:若與皆可微分,則

0A8CAA37-DF1A-448D-9A60-70DA7FCD233E

微分公式

C為一常數,

78B5F2EA-5CF3-478E-970E-A1A3F8DDF348

微積分的基本定理

定理的第一部分,稱為微積分第一基本定理,表明不定積分是微分的逆運算。這一部分定理的重要之處在於它保證了某連續函數的原函數的存在性。

定理的第二部分,稱為微積分第二基本定理或「牛頓-萊布尼茨公式」,表明定積分可以用無窮多個原函數的任意一個來計算。這一部分有很多實際應用,這是因為它大大簡化了定積分的計算。

微積分基本定理表明,一個變量在一段時間之內的無窮小變化之和,等於該變量的淨變化。

假設有一個物體在直線上運動,其位置為x(t),其中t為時間,x(t)意味著x是t的函數。這個函數的導數等於位置的無窮小變化dx除以時間的無窮小變化dt(當然,該導數本身也與時間有關)。我們把速度定義為位置的變化除以時間的變化。用萊布尼茲記法:

DB36259D-13E1-4EF4-BA52-0AEC1143FA9D

均值定理

均值定理 (或者稱平均值定理,是在微 積分中重要性僅次於微積分基本定理的重要定理,它可以推 導出許多重要的成果。在這之前我們需要先了解另外一個定理

定理](羅爾定理) f 滿足下列三個條件

則存在 (a,b) 中一點 c, 滿足 f’(c) = 0.

(1) f 在 [a,b] 閉區間上連續

(2) f 在 (a,b) 開區間上可微

(3) f(a) = f(b)