微分

微分的定義

在一條曲線 y = f(x) 上取 A、B 兩點,並且拉出線段來連接這兩點,這
條線便叫割線

微分學,就是起源於求切線斜率。這個在 A 點的切線斜率,正式地說,
我們稱之為:函數 y = f(x) 在 A 點的導數(derivative)。

函數 f(x) 在 x = a 處的切線斜率,稱為 f(x) 在 x = a 處的導數。

微分介紹

微積分的英文名稱為 Calculus,該詞原意是「計算法」的意思,就像資訊科學領域當中的「演算法」(Algorithm) 一樣,泛指所有可以計算的方法。

微積分的原始全名為 infinitesimal calculus,也就是「無限小的計算法」

infinitesimal calculus這個名稱太長不好念,後來就直接用 Calculus 代表「微積分」了。

清朝數學家李善蘭將 Calculus 翻譯為「微積分」,很精確的抓到了 infinitesimal calculus 的意義,於是後來 Calculus 就被翻譯為「微積分」。

無限小

Infinitesimal calculus (無限小的計算法) 這個詞言簡意賅的指出了微積分的主要內容。在微積分當中,我們通常用 ϵ 代表無限小,然後用 ∞ 這個符號代表無限大。


當然,無限大的倒數 1∞ 也就是無限小,無限小的倒數 1ϵ 也就是無限大。

另一個常被用來表示「無限小」意義的符號是 Δ,但這個符號通常不會單獨存在,而是會放在某個變數 (例如 x, y, z, ….) 的前面,像是 Δx,Δy,Δy,用來代表一個很小的差異 (Difference)。

微分學

原文

(Differential calculus)

介紹

微分學是通過導數和微分來研究曲線斜率、加速度、最大值和最小值的一門學科。

微分意味著取一個無窮小量。單從一個變數的角度,微分毫無意義,它的作用在於描述兩個變數之間的變化關係,通常用兩個變數的微分商的函數來描述一個函數的變化趨勢,也稱為「微商」或「求導」,通常記作dy/dx。

微分意義

微分的意義是函數 f(x) 在某個點 a 的切線之斜率,在微積分中通常寫成 f'(a),定義如下:

f′(a)=limx→af(x+Δx)−f(x)Δx

切線可從兩個方向逼近,而且這兩個斜率在轉折點時會有所不同,因此正確的定義應該使用「左導數」與「右導數」這兩個概念。

只有當左導數與右導數相同時,我們才能說 f'(a) 存在,此時我們說 f(x) 在 a 點可微分,其斜率為 f'(a)。


如果我們將所有點微分後的斜率視為一個函數,那這些斜率所形成的曲線就稱為 f(x) 的微分函數 f'(x)。

左導數:f′(a)=limx→af(x)−f(x−Δx)Δx右導數:f′(a)=limx→af(x+Δx)−f(x)Δ

積分學

原文

(Integral calculus)

積分是求面積的函數,也就是計算 f(x) 從 x=a 到 b 之間的面積

積分是微分的反函數。微分與積分互為反運算,就像乘法是除法的反運算一般

積分的圖形若以黎曼式積分法來逼近的話,可以用下圖表示。

積分圖

微分應用

曲線斜率

加速度

最大值

最小值

速度

加速度