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微積分(Calculus)是高等數(shù)學(xué)中研究函數(shù)的微分、積分以及有關(guān)概念和應(yīng)用的數(shù)學(xué)分支。它是數(shù)學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科。

微積分主要包括極限、微分學(xué)、積分學(xué)及其應(yīng)用,并成為了現(xiàn)代大學(xué)教育的重要組成部分。

微積分的基本概念和內(nèi)容包括微分學(xué)和積分學(xué)。


(相關(guān)資料圖)

微分學(xué)的主要內(nèi)容包括:極限理論、導(dǎo)數(shù)、微分等。

積分學(xué)的主要內(nèi)容包括:定積分、不定積分等。

從廣義上說(shuō),數(shù)學(xué)分析包括微積分、函數(shù)論等許多分支學(xué)科,但是現(xiàn)在一般已習(xí)慣于把數(shù)學(xué)分析和微積分等同起來(lái),數(shù)學(xué)分析成了微積分的同義詞,一提數(shù)學(xué)分析就知道是指微積分

一元微分

折疊定義

設(shè)函數(shù)?在某區(qū)間內(nèi)有定義,?及?+ Δx在此區(qū)間內(nèi)。如果函數(shù)的增量Δy = f(?+ Δx) – f(?)可表示為 Δy = AΔx + o(Δx)(其中A是不依賴于Δx的常數(shù)),而o(Δx)是比Δx高階的無(wú)窮小,那么稱函數(shù)f(x)在點(diǎn)?是可微的,且AΔx稱作函數(shù)在點(diǎn)x0相應(yīng)于自變量增量Δx的微分,記作dy,即dy = AΔx。

通常把自變量x的增量 Δx稱為自變量的微分,記作dx,即dx = Δx。于是函數(shù)y = f(x)的微分又可記作dy = f"(x)dx。函數(shù)的微分與自變量的微分之商等于該函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。因此,導(dǎo)數(shù)也叫做微商[4]。

折疊幾何意義

設(shè)Δx是曲線y = f(x)上的點(diǎn)M的在橫坐標(biāo)上的增量,Δy是曲線在點(diǎn)M對(duì)應(yīng)Δx在縱坐標(biāo)上的增量,dy是曲線在點(diǎn)M的切線對(duì)應(yīng)Δx在縱坐標(biāo)上的增量。當(dāng)|Δx|很小時(shí),|Δy-dy|比|Δx|要小得多(高階無(wú)窮?。虼嗽邳c(diǎn)M附近,我們可以用切線段來(lái)近似代替曲線段[4]。

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積分相關(guān)

(1)定積分和不定積分

積分是微分的逆運(yùn)算,即知道了函數(shù)的導(dǎo)函數(shù),反求原函數(shù)。在應(yīng)用上,定積分作用不僅如此,它被大量應(yīng)用于求和,通俗的說(shuō)是求曲邊三角形的面積,這巧妙的求解方法是積分特殊的性質(zhì)決定的。

一個(gè)函數(shù)的不定積分(亦稱原函數(shù))指另一族函數(shù),這一族函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)恰為前一函數(shù)。

其中:?

一個(gè)實(shí)變函數(shù)在區(qū)間[a,b]上的定積分,是一個(gè)實(shí)數(shù)。它等于該函數(shù)的一個(gè)原函數(shù)在b的值減去在a的值。

定積分和不定積分的定義迥然不同,定積分是求圖形的面積,即是求微元元素的累加和,而不定積分則是求其原函數(shù)而牛頓和萊布尼茨則使兩者產(chǎn)生了緊密的聯(lián)系(詳見牛頓-萊布尼茨公式)。

(2)常微分方程與偏微分方程

含自變量、未知函數(shù)和它的微商(或偏微商)的方程稱為常(或偏)微分方程。未知函數(shù)為一元函數(shù)的微分方程,稱為常微分方程。未知函數(shù)為多元函,從而出現(xiàn)多元函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)的方程,稱為偏微分方程。

4.極限理論

十七世紀(jì)以來(lái),微積分的概念和技巧不斷擴(kuò)展并被廣泛應(yīng)用來(lái)解決天文學(xué)、物理學(xué)中的各種實(shí)際問(wèn)題,取得了巨大的成就。但直到十九世紀(jì)以前,在微積分的發(fā)展過(guò)程中,其數(shù)學(xué)分析的嚴(yán)密性問(wèn)題一直沒(méi)有得到解決。十八世紀(jì)中,包括牛頓和萊布尼茲在內(nèi)的許多大數(shù)學(xué)家都覺(jué)察到這一問(wèn)題并對(duì)這個(gè)問(wèn)題作了努力,但都沒(méi)有成功地解決這個(gè)問(wèn)題。整個(gè)十八世紀(jì),微積分的基礎(chǔ)是混亂和不清楚的,許多英國(guó)數(shù)學(xué)家也許是由于仍然為古希臘的幾何所束縛,因而懷疑微積分的全部工作。這個(gè)問(wèn)題一直到十九世紀(jì)下半葉才由法國(guó)數(shù)學(xué)家柯西得到了完整的解決,柯西極限存在準(zhǔn)則使得微積分注入了嚴(yán)密性,這就是極限理論的創(chuàng)立。極限理論的創(chuàng)立使得微積分從此建立在一個(gè)嚴(yán)密的分析基礎(chǔ)之上,它也為20世紀(jì)數(shù)學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

注:在中世紀(jì)(14—17世紀(jì))歐洲數(shù)學(xué)大發(fā)展的時(shí)期,我國(guó)基本處于停滯狀態(tài)(明、清時(shí)期)。所以,我國(guó)的數(shù)學(xué)家與微積分無(wú)緣[5]。

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常見符號(hào)

微分符號(hào),φ?,?等,系由萊布尼茨首先使用。其中的"?"源自拉丁語(yǔ)中“差”(Differentia)的第一個(gè)字母。積分符號(hào)“?∫”亦由萊布尼茨所創(chuàng),它是拉丁語(yǔ)“總和”(Summa)的第一個(gè)字母s的伸長(zhǎng)(和?有相同的意義), “?∮” 為圍道積分。

標(biāo)簽: 數(shù)學(xué)分析 微分方程 不定積分

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