微積分研究對象是微分和積分?錯了,都不是,是它

2021-01-08 虹野看教育

微積分研究對象是微分和積分?錯了,都不是,是它

文/虹野

很多人在中學都學習過微積分,認為微分就是求導公式、積分就是求面積,簡單的把微積分當作微分學和積分學。從數學的結構上來說這樣認為並沒有什麼問題,但是從學習者的角度來看問題就比較大了,即便是學習者把微積分的公式記得滾瓜爛熟依然無法理解微積分的意義和價值。關於微積分無用論的說法存在已久,此時我們需要知道微積分的研究對象是什麼。

微積分的研究對象是我們早就熟悉的「函數」,微積分可以說是研究函數的「可微性」和「可積性」。說到這裡習慣我用「日常語言」交流數學的朋友們可能感到有些「專業」的味道了,因為已經有人聽不懂了。那我們就說函數的最初「變量說」的定義,這個定義說「一個變量y隨著另外一個變量x的變化而變化,y就稱為x的函數」。如果熟悉哲學的朋友可能立刻想到一句著名的話:「客觀世界,一切具體事物全都處在運動和變化之中」,世界是變化的,運動是絕對的。我們在認識外部世界的過程中,在學習的過程中,如果意識不到「變化」的存在,那就麻煩了。

想認識變化,就需要知道「誰」在變化,這裡就出現了「分類」的方法,對我們所看到的事物進行歸類,構建「集合」,這些集合的特質或者分類的依據就可以當作我們觀察的「變化」,也就是常說的「變量」。比如我們把人分為「男人」、「女人」,那麼「性別」就是我們所要觀察的「變量」。如果我們把學生按照分數分類,那麼「成績」就是「變量」。變量可以用數值表示也可以用文字符號表示,這部分內容在我的專欄中有專門章節論述,這裡就不再贅述了。

相關焦點

  • 什麼是分數階微分和積分?
    分數階微分和積分算子的最自然的地方是使用稱為柯西公式的公式進行重複積分。如果我們反覆取一個函數的n階反導數,則結果是:階乘函數的一般化是伽馬函數。如果我們注意到Γ(n)=(n-1)!首先讓我們注意,對n次積分後取n次導數等效於標識運算:這意味著導數是積分的左逆。但是,積分不是導數的左逆,因為積分會添加一個任意常數。
  • 微分意義,積分意義,牛頓-萊布尼茨公式
    微分的意思就是:無限的分割,可以將曲線無線的分割,就是直線;積分就是無限的求和,這就是積分;其中極限是重要的思想。極限是積分,微分的一大基礎。大學老師都不講,沒有整體的把握。你要懂這些,你的學習會很輕鬆加愉快。
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    對微積分這門學科來講,就是以微分與積分這對矛盾作為研究對象的。這點在恩格斯、列寧等一些經典著作中都早已指出。也就是說:微積分就是研究微分與積分這對矛盾的學問。這就決定了微積分的內容是由三個部分組成,即:微分、積分與指出微分與積分是一對矛盾的微積分基本定理這三部分。對於微分的部分與積分的部分都易於理解。對於第三部分,指出微分與積分是一對矛盾的微積分基本定理,也許得多說幾句。
  • 人類究竟需要什麼樣的微積分原理
    試想,現行微積分原理一旦刪掉微分會與上述新微積分原理不是同一檔次的嗎?它們連同現行實變函數理論能夠科學地解釋微積分方法之所以行之有效的機理嗎?它們優化過哪個微積分方法?它們又何曾揭示過新的微積分方法?這個光開花不結果的微積分原理的意義何在?當然,我們不否認它在建立微積分原理的研究領域的示範意義。
  • 分析學的5大「步」:微積分到函數論、泛函分析、微分方程
    微積分微積分是研究函數的微分、積分性質及其應用的數學分支學科,並成為數學其他分支的基礎,也是其他自然科學和工程技術的必備工具。現在微積分學教程,通常的目錄次序是極限、微分、積分,正好與歷史順序相反。威爾斯特拉斯的這一結果和切比雪夫斯基最佳逼近論,是函數構造論的開端。泛函分析泛函分析是研究拓撲線性空間到拓撲線性空間之間滿足各種拓撲和代數條件的映射的分支學科,形成於20世紀30年代,是從變分問題,積分方程和理論物理的研究中發展起來的。
  • 微積分中偉大的「萊布尼茲積分法則」
    在微積分中,萊布尼茲關於積分符號的規則以戈特弗裡德·萊布尼茲命名,我們來研究如下形式 的積分如下圖此積分的導數可表示為,這個就是萊布尼茲法則的一般形式請注意,如果 a(x)和 b(x)是常數,而不是變量x,我們得到一個萊布尼茲規則的特例:因此,在某些條件下,可以互換積分和偏微分算子。
  • 黃老師聊數學(214)微積分入門的一些基礎知識
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  • 微積分原理之辨析
    由於微積分方法的實用性和正確性,學界普遍認為微積分體系已經無懈可擊,人們能做的只能是繼續完善和發展。我國數學家丁小平以大無畏的批判精神和驚人的毅力致力於微積分原理的研究,指出了現行微積分原理存在的邏輯錯誤並構建了新的數—形模型,為數學的發展做出了貢獻。
  • 《簡單微積分》:背公式不是必須的
    (日本的原名其實是《超·入門微分積分》)是日本人氣「微積分入門」讀本。本書為微積分入門科普讀物,書中以微積分的「思考方法」為核心,以生活例子通俗講解了微積分的基本原理、公式推導以及實際應用意義,解答了微積分初學者遭遇的常見困惑。本書講解循序漸進、生動親切,沒有煩瑣計算、乾澀理論,是一本只需「輕鬆閱讀」便可以理解微積分原理的入門書。
  • 荒謬的分數微積分——打破常規,在物理和工程領域產生偉大的成果
    這篇文章將會探討像求1/2階導數這樣的問題,並介紹分數階微積分的理論。直覺有兩種方式來解釋這個表達第一個是我們在基礎微積分中都學過的:它是我們反覆微分n次後得到的函數。第二個更微妙:我們把它解釋為一個操作符,它對函數f(t)的作用是由參數n決定的。最自然的回答這個問題的方法是把微分和積分解釋為把f變成一個新函數的變換。因此,我們要尋找一個算子可以連續地將f變換成它的n階導數或不定積分。
  • 建立:積分與微分互逆的一個重要等式
    如下公式對學過微積分夥伴揮一揮衣袖就可以知道結果,就是這樣一個公式建立了積分與導數之間的聯繫,它是如此的重要,最終說明了積分與微分的過程是互逆的。首先f(x)在區間上是連續的,這一點是必須要滿足的積分形式微分形式它告訴我們對每個連續函數f,微分方程dF/dX=f(X)有一個解。它斷言每個連續函數f是另外一個函數的導數。這正是它申明每個連續函數必有一個反導數(積分函數),最終說明了積分和微分的過程是互逆的。
  • 到底是誰創立了微積分?牛頓和萊布尼茨都說是自己
    提到微積分,相信大家都非常熟悉,它不僅與數學相關的研究工作密不可分,更是社會發展和人類文明進程中必不可少的基礎學科知識之一。特別是隨著現代數學的發展,微積分已經成為數學王國當中一門非常重要的基礎學科,如數學或物理學等重要學科要想獲得發展,取得成就,或多或少都需要用到微積分相關的知識內容。
  • 公開課 AP微積分難點3-利用微分求導數
    微積分課程的三大基本功:求極限,求導數,求積分。在導數這一部分,高中階段普遍使用導數規則來求(這不廢話麼!不然用啥求?)。但是當同學們學到多元微積分之後,更為有力的工具是全微分(聽不懂沒關係,當做是13格很高的東西就好),因為它是一次施法,遍地開花(如求完全微分之後,偏導數自然就得到了)。這次課我們就使用微分法來求導數。
  • AI攻破高數核心,1秒內精確求解微分方程、不定積分
    它不光會求不定積分:還能解常微分方程:一階二階都可以。這是Facebook發表的新模型,1秒給出的答案,超越了Mathematica和Matlab這兩隻付費數學軟體30秒的成績。這裡有,積分數據集和常微分方程數據集的製造方法:函數,和它的積分首先,就是要做出「一個函數&它的微分」這樣的數據對。
  • 微分的含義:在運動中捕捉靜止;積分的含義:在時間盡頭守株待兔
    許多人在學習微積分的時候,總是懷著」動態帶來變化「的信念,特別執著地要將它跟「運動」聯繫在一起。似乎強調它的複雜與困難,學習者更能與有榮焉。這多少跟恩格斯對微積分的那句評價有關:只有微積分才能使自然科學有可能用數學來不僅僅表明狀態,並且也表明過程:運動。
  • 科學網—找到微積分中的「主角」
    思維的意義 「微積分其實很簡單。」講座剛一開始,林群就對滿座的老師和學生說道。 作為我國在泛函分析、計算數學研究領域內著名的數學家、學科帶頭人,林群主要研究計算數學,用於反應堆和經濟學,並致力於數學普及,近些年來長期從事泛函分析、微積分等的宣傳普及。由於晚年致力於科普工作,還著有《微積分快餐》等作品。
  • 我國數學研究可能在微積分領域出現重大學術成果
    《關於全面加強基礎科學研究的若干意見》指出:「我國基礎科學研究短板依然突出,數學等基礎學科仍是最薄弱的環節。」李克強總理曾多次強調數學研究的重要性,他說:「現在IT業發展迅猛,原始碼靠什麼?靠數學!我們造大飛機,但發動機還要買國外的,為什麼?數學基礎不行。材料我們都過關了。所以,大學要從百年大計著眼,確實要有一批坐得住冷板凳的人。」     微積分是數學重要的分支。
  • 宇宙的一切事物都能用牛頓的微積分來解釋嗎?為什麼?
    牛頓確實可以稱得上是有史以來最偉大的物理學家,甚至於連「之一」都不用加。但是他受時代所困,他提出來的微積分的思想還是很原始的。所謂的微積分,就是研究極限、微分、積分和無窮級數的學科。按照我的理解,微積分就是用來連接物理現象局部和整體的學科。比如說最簡單的通過速度變化曲線積分出來走過的路程【如下圖所示】, 就是把某一時刻物體的運動特徵跟一段時間這個物體總的運動特徵聯繫起來的過程。正是因為這種非常獨特的性質,所以微積分在物理中的應用非常廣泛。
  • 微分和積分電路的異同
    輸出電壓與輸入電壓成微分關係的電路為微分電路,通常由電容和電阻組成;輸出電壓與輸入電壓成積分關係的電路為積分電路,通常由電阻和電容組成。
  • 數值微分與數值積分(一)
    一、數值微分(1)數值差分與差商微積分中,任意函數f(x)在x0點的導數是通過極限定義的:如果去掉極限定義中h趨向於0的極限過程,得到函數在x0點處以h(h>0)為步長的向前差分、向後差分和中心差分差分公式:向前差分: