微積分學習技巧-結合幾何意義

2021-02-13 Rui的分享會

大部分學生都認為微積分學習起來是一件不容易的事情,那是因為並沒有掌握微積分的精髓。因為在學習微積分之前,必須知道微積分就是一個純代數的學科,也不是初中學習過的純幾何學科。微積分的出現和發展都是基於代數和幾何相結合的數學中最重要的一個部分,解析幾何發展出來的。

簡單來說,微分和積分都有其幾何意義,他們能直觀反映到平面直角坐標系或者立體直角坐標系中;同樣通過代數的計算,又可以得到這些幾何意義的重要數值。因此在學習微積分的重要學習技巧之一就是事實掌握函數的圖像以及函數的代數表達之間的所有關係。就能共容易理解和學習微積分的奧義。

(一)熟練掌握基礎函數的性質。

在學習微積分之前,其實已經學習過很多基礎函數。這些基礎函數是學習微積分的基礎。他們是求解極限、微分以及積分計算的時候的基礎。既要結合他們的代數表達式,也要結合他們所具有的特殊的圖像。

這些基礎函數包括:

那麼你還記得這些函數的定義域是什麼?他們具有什麼樣的奇偶性、周期性、斷點性?他們的單調區間是什麼樣子?是否有漸近線?

這裡不在複數這些基礎函數的知識了,如果已經忘記,可以翻開之前的數學書或者找老師幫助你複習一下。如果沒有熟練掌握這些基礎函數,就很難學會微積分了。

(二)極限的幾何含義

很多學生在學習微積分的極限部分時候,只是把它當作了代數計算來學習。但事實上函數的極限,是來自於他的幾何含義。一個函數的極限,就是這個函數在趨近於這一點(或無窮)時,這個函數圖像更趨近於那個數值點。因此我們在學習極限的時候,才會引出函數的連續性問題。因此我們通過以下來判斷這個函數是否時連續的:

這就是因為極限具有其幾何意義。

(三)微分和導數的幾何含義

微分時通過把一個圖像不斷微小化,然後得到一個有規律可循的一個我們已經學過的基礎圖像,算然通常是一個超小的矩形,但有時候我們也會為分成較好計算的三角形、圓形(或扇形)等。然後長期以來發現了微分的規律,從而才有了後來的總結出來的微分公式。儘管在學習了這些微分公式以後,不在去探究他們原本的計算方法,但是這種圖像微分化的思考方法,是幫助解決微分應用的最好思路。

導數和微分雖然比較像,但是導數具有更多的函數圖像的幾何意義。這些是畫一個複雜函數的基礎,雖然不能像計算機畫的那麼精確,但卻能徒手畫的八九不離十。那麼你還記得一階導數或者二階導數的函數幾何意義嗎?回想一下以下問題:

A)切線的斜率是一次導數的值嗎?

B)函數的最值,出現在一次導數等於0的地方嗎?

C)函數的凹凸性以及單調性是二次函數的值控制的嗎?

當你把導數這些問題和其幾何意義結合時,就一定能解決很多你之前百思不得其解的微分和導數問題。

(四)積分的幾何意義。

積分的幾何意義就是點在線上的積累得到線斷長短;線在面上的積累得到面積大小;面積在高的積累得到體積大小。因此積分不簡簡單單是微分的反向運算,而是在一個方面積累得全新運算,只是基礎運算需要微分,但更多的時通過我們學習微分的幾何意義來進行更深的探究。

這是簡單初探有關微積分的學習方法中的一個。放平心態,去好好學習微積分。微積分是申請國外大學的重要學科成績,也是你在學習很多理工科的大學基礎學科。牛頓在當年發明微積分的時候,並不是為了開展數學學科,而更多是去解決當時複雜的物理問題,再後來慢慢引申到經濟學、化學、生物學等學科。學好微積分,這個將受益匪淺。

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