「導數」在近代文明的發展過程中,具有無可替代的作用。在高中數學中的地位也越來越重要。
「導數」在現代數學中是一個「極為強大」的工具,它是數學中的倚天劍與屠龍刀!「導數」思想的應用,既有利於數學本學科的思維創新,對其他學科知識的學習也有很強的指導作用。
掌握好「導數」知識點,有利於對「函數」概念的深刻理解,可以使許多複雜的問題變得簡單。
那麼,什麼是「導數」呢?
通俗的來說,「導數」就是「函數圖像上的一點」的「斜率值」,所以也叫「導函數值」,是「微積分」中的重要基礎概念。
1637年,法國數學家費馬完成了他的手稿《求最大值與最小值的方法》,通過「作曲線的切線」和「求函數極值」的方法,第一次發現了「導數」。
17世紀,大數學家「牛頓」和「萊布尼茨」從不同的角度獨立地創立了微積分。牛頓的「微積分」理論在最初自稱為「流數術」,稱變量的「變化率」為流數,即現代所說的「導數」。
「導數」是微積分的一個重要的支柱,牛頓和萊布尼茨都分別得益於「導數」的重大作用而創立了偉大的「微積分」。
「導數」與「極限」的關係密切,又有區別,如下:
一、聯繫:
「導數」其實就是「極限」的一種,換句話說,「導數」是在「極限」的基礎上進行定義的。當函數的「自變量增量」趨於零時,「函數增量」與「自變量增量」的「比」的極限就是「導數」。
二、區別:
①「極限」描述的是「函數的變化趨勢」,即:當函數的「自變量」無限趨於「某一個值」時,「函數值」也無限趨於「某一個值」。
②「導數」描述的是「函數的變化速度」,即「函數」在「某一點」及「鄰域」的變化率。
總的來說,「導數」就是在「極限」概念的基礎上,對「函數」進行「局部」的「線性逼近」。比如在「運動」的過程中,「物體的移動」對於「時間的導數」就是「物體的瞬時速度」。
綜上所述,「求導」其實就是求函數的「極限」的過程,那麼反過來,用已知的「導數」也可以求出「原來的函數」,即「不定積分」。
「求導」和「積分」是互逆運算,是「微積分學」中最為重要的基礎概念。
導數在幾何、代數、物理中具有非常重要的作用:①在幾何中可用於求出曲線的「切線」;②在代數中可求出「瞬時變化率」;③在物理中可求出物體運動的「速度」和「加速度」。
「導數」的發現,導致了偉大的「微積分」的誕生,在「第二次數學危機」中所起的作用也至關重要:
在「第二次數學危機」中,數學家們用「分析的嚴格化」思想嚴格定義了「無窮小」的概念之後,進一步對「導數」進行了「嚴格化定義」,然後把導數「嚴格地」建立在極限理論的基礎上,加上「集合論」的幫助,徹底解決了第二次危機,挽救了差點崩潰的近代數學。
這次危機間接地推動了三大數學思想地誕生:①「分析地嚴格化」;②「數學的抽象化」;③「幾何的非歐化」,使「近代數學」得到了前所未有的完善,引領著近代科技邁著穩健的步伐,走向了輝煌的現代文明!
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