我儿子目前正在参加高中物理竞赛,需要补充一些差异化知识。 解释完孩子提出的问题后,我用视觉语言进行了整理。 最近刚好在整理初高中的知识点
导数:曲线上某点的导数,就是切线在该点的斜率,体现在物理上 作为瞬时速度,二阶导数是加速度。 这是牛顿提出并研究的方向。
微分:即将函数分成无限小的部分。 当曲线无限缩小时,可以看作是一条直线,微分可以表示为导数与dx的乘积。 这是莱布尼茨提出并研究的方向。
其实导数和微分在本质上没有区别,只是研究方向的区别。
积分:定积分是求曲线与x轴之间的面积; 不定积分是面积满足的方程,所以后者是求定积分的一种手段。 本质上,不定积分是定变极限积分。
换个角度看:
导数y’是函数在某一点的变化率,微分是变化量,导数是函数微分与自变量微分的商,即y’= dy/dx,所以导数和微分的理论和方法统称为微分学(已知函数、导数或微分)。 积分是微积分的逆问题。
极限是微分、导数、不定积分、定积分的基础。 当牛顿和莱布尼茨最先发现微积分时,还没有严格的定义。 后来法国数学家柯西用极限使微积分有了严密的数学基础。 极限是导数的基础,导数是极限的化简。 微分是导数的变形。
微分:无限小块的增量可以看做变化率,即导数。 积分:无限小块的面积之和可以看作是整个面积。
导数必须连续,闭区间必须连续,积分必须有界。
信息扩充
导数
导数是微积分中一个重要的基本概念。 当函数y=f(x)的自变量x在x0点产生增量Δx时,当Δx趋于0时,函数输出值的增量Δy与自变量Δx的增量Δx之比, 如果存在极限 a,则 a 是 x0 处的导数,表示为 f'(x0) 或 df(x0)/dx。 导数是函数的局部属性。
函数在某一点的导数描述了函数围绕该点的变化率。 如果函数的参数和值都是实数,则函数在某一点的导数就是函数所表示的曲线在该点的切线的斜率。 导数的本质是通过极限的概念对函数进行局部线性逼近。
比如在运动学中,物体的位移对时间的导数就是物体的瞬时速度。 并非所有函数都有导数,函数也不一定在所有点上都有导数。 如果一个函数在某一点有导数,则称该函数在该点可微,否则称为不可微。 但是,可微函数必须是连续的; 一个不连续的函数一定是不可微的。
对于可导函数f(x),x↦f'(x)也是一个函数,称为f(x)的导函数(简称导数)。 求已知函数在一点或其导数的导数的过程称为求导。 求导本质上是一个求极限的过程,导数的四种算法也是由极限的四种算法推导出来的。 反之,已知的导函数也可以逆求原函数,即不定积分。 微积分基本定理指出,求原函数和求积分是等价的。 求导和积分是一对互逆运算,是微积分中最基本的概念。