如何簡單地證明 理解牛頓 萊布尼茲公式?

時間 2021-05-06 04:22:01

1樓:Gabriel

先從離散的情況開始考慮

我乙個袋子裡有100塊錢。先拿出10元,還剩90;再拿出5元,還剩85;再放進去20元,還剩105;再拿出來3元,還剩102

請問袋子裡的錢一共變了多少?

這是乙個小學生都會做的題。傻子都知道,102-100=2.

當然你如果吃飽撐的話也可以這樣做這題-10-5+20-3=2,結果是一樣的

這個故事告訴我們,總變化量等於分開變化量之和

如圖1,距離和時間的函式。假設時間是個離散值。當t1、t2、t3時,距離分別為s1,s2,s3。我們知道s/t就是速度v,在圖二中以豎軸表示。

看圖一,我們計算t1到t3總共走過的路程,就屬於前面說的硬幣第一種計算方法,直接用最後的距離減去t1時刻的距離。也就是S3-S1。看圖二,其實也很好理解。

在0-t1時間內以v1速度走,這個時間段裡距離s就是vt=v1(t1-0),同理得t1-t2和t2-t3.

圖二中計算總路程就是v1(t1-0)+v2(t2-t1)+v3(t3-t2)。我們知道速度是距離的微分,也是距離影象(圖1)的斜率,也就是距離的變化速率。變化速率和時間的乘積就是變化量。

變化量的和就是總變化量,也就是第一張圖的S3-S1的值。

接著考慮時間連續的情況。讓我們把統計的時間間隔縮小,直到Δt -> 0 我們得到連續的函式圖譜。

我們知道要求時間和速率在t1-t2間走的路程,可以用圖1,s2-s1,也可以計算圖二中速度和時間在每乙個極小時間段內的乘積。這時時間是dt,速度是dv。總距離就是

抱歉首次回答,不太會用公式生成器。。。手寫的請別介

2樓:

F(b)-F(a)可以寫成拉格朗日中值的形式,又fx連續,則一致連續,即可以證明,具體參看數學分析(華東師大版)

同濟的定積分部分怎麼說呢,看的莫名其妙,按理說應該從定積分定義入手證明,他直接來乙個變限積分函式,同濟的基本是教你會用就可以了,看到這個定積分形式,立馬轉換F(b)-F(a)。。。

3樓:imwonderstruck

說說證明

證明:設:F(x)在區間(a,b)上可導,將區間n等分,分點依次是x1,x2,…xi…x(n-1),記a=x0,b=xn,每個小區間的長度為Δx=(b-a)/n,

則F(x)在區間[x(i-1),xi]上的變化為F(xi)-F(x(i-1))(i=1,2,3…)

當Δx很小時,

F(x1)-F(x0)=F』(x1)*ΔxF(x2)-F(x1)=F』(x2)*Δx……F(xn)-F(x(n-1))=F』(xn)*Δx所以,F(b)-F(a)=F』(x1)*Δx+ F』(x2)*Δx+…+ F』(xn)*Δx

當n→+∞時,∫(a,b)F』(x)dx=F(b)-F(a)多看幾遍就記住了然後你就會覺得簡單了啊

4樓:

匿名使用者:同濟版《高等數學》有什麼缺陷?

你覺得繞是因為邏輯本來就有問題,積分上限函式是不定積分的本質,而不是什麼原函式。

定積分(也叫黎曼積分,Riemann Integral)為給定區間無限分割求和,求和符號 拉長變成表無限 ,

的微分 區別於有限分割求和的 表示無限分割。

構造從積分上限對映到定積分的函式,稱為不定積分

Ⅰ. 由定積分定義,積分上限增加一,不定積分恰增加一,後者是前者的無窮小量(說下「無窮小量」這個將錯就錯的歷史名詞,它並不表示任何量的大小,而是說明乙個量趨於零時,另乙個量的變化趨勢,故而高階低階不是大小不同而是變化速度不同),這直接說明不定積分之導數為被積函式,故不定積分可逆用求導法拼湊原函式求得

(你之前在計算不定積分時所用的變數代換,湊微分,分部積分,不都是逆用求導嗎?)

這裡我們指出求不定積分時的任意常數 實質是沒有給出乙個明確積分下限 。

Ⅱ. 據定積分對區間的可加性(由定義和幾何意義可以看出)即可將定積分表示為不定積分的兩個值的差。

注意到等式最右邊的兩項積分下限一致,因此任意常數 的選取不會影響定積分的計算。

到這兒就差不多了,但我還是建議繼續往下看。

我們回過頭來看, 是 在 上的總變化值, 是在 上每乙個小變化值之和,二者相等是理所當然的。因此整個公式的核心就在於Ⅰ.中的,

也即 只要此式成立,公式就成立。

從積分看,它要求被積函式在極限情形下具有線性函式的性質(或者說,函式足夠地光滑);從微分看,。你對此式應十分熟悉,它就是微分的表示式,而微分也是極限情形下對函式進行線性近似。現在你對「微分與增量之差是的高階無窮小」的意義應有了更深的體會,將其移項即 。

傳統教材中的導數一章中微分的那一節並不是沒有意義的,整個積分學是以此為基礎的。

(課本裡不是管微分叫增量的「線性主部」嗎?如果非主部的部分可以忽略,不就是近似當作線性函式來處理嗎?)

所以說,微分法和積分法都是在極限情形下對函式的線性處理方法,用線性函式去逼近非線性函式。

由此衍生出的冪級數理論是在一定範圍內,用線性函式的組合去逼近非線性函式

這個論述並沒有建立任何新的概念和理論,僅僅是把邏輯串起來講而已。把不定積分只理解為找原函式,說真的還停留在牛頓之前的時代。

在這一概念下,你自然明白這種微積分的適用物件是什麼。

Ⅰ中定義的不定積分並不一定每一點都是可導的,並不是一定存在的,容易看出「 連續時,必是其原函式」。若 不可導便不能稱其為 的原函式,也就不再是通行教材中的不定積分(原函式+任意常數C)。這就是為什麼即使定積分可積,但原函式卻不一定存在。

然而出於應用公式計算定積分的目的,個別點的連續性並不會影響定積分作為和式極限的存在。只要採用分段求和的辦法,每個區間上的原函式仍是存在的。

所以,牛頓萊布尼茲公式適用於的函式是那些足夠光滑,以至於在極限條件下可作線性函式來處理的函式。

這個「光滑」的要求很特殊,雖然很常見卻只是所有函式的冰山一角。基於對函式影象的認識,似乎看得出「除了少數特殊點以外,連續函式在每一點處都可導」這一常識,然而影象和解析表示式只是函式的表示形式,函式的定義則沒有任何有關連續與可導的必然關係,許多常識往往受制於想象力的限度。對此反例的尋找,得到了維爾斯特拉斯函式(Weierstrass function),它是實數域 上的連續函式,但處處不可導。

那麼如果極限情形下的線性近似 對於某些函式不再成立,比如著名的Dirichlet函式。這是當然,因為這線性近似並非函式的一般性質。對於這樣的函式該怎麼辦呢?

Lebesgue指引你。

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