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微積分(Calculus)是高等數(shù)學中研究函數(shù)的微分、積分以及有關概念和應用的數(shù)學分支。它是數(shù)學的一個基礎學科。
微積分主要包括極限、微分學、積分學及其應用,并成為了現(xiàn)代大學教育的重要組成部分。
微積分的基本概念和內容包括微分學和積分學。
(相關資料圖)
微分學的主要內容包括:極限理論、導數(shù)、微分等。
積分學的主要內容包括:定積分、不定積分等。
從廣義上說,數(shù)學分析包括微積分、函數(shù)論等許多分支學科,但是現(xiàn)在一般已習慣于把數(shù)學分析和微積分等同起來,數(shù)學分析成了微積分的同義詞,一提數(shù)學分析就知道是指微積分
一元微分
折疊定義
設函數(shù)?在某區(qū)間內有定義,?及?+ Δx在此區(qū)間內。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高階的無窮小,那么稱函數(shù)f(x)在點?是可微的,且AΔx稱作函數(shù)在點x0相應于自變量增量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)的導數(shù)。因此,導數(shù)也叫做微商[4]。
折疊幾何意義
設Δx是曲線y = f(x)上的點M的在橫坐標上的增量,Δy是曲線在點M對應Δx在縱坐標上的增量,dy是曲線在點M的切線對應Δx在縱坐標上的增量。當|Δx|很小時,|Δy-dy|比|Δx|要小得多(高階無窮?。虼嗽邳cM附近,我們可以用切線段來近似代替曲線段[4]。
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積分相關
(1)定積分和不定積分
積分是微分的逆運算,即知道了函數(shù)的導函數(shù),反求原函數(shù)。在應用上,定積分作用不僅如此,它被大量應用于求和,通俗的說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決定的。
一個函數(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)的導函數(shù)恰為前一函數(shù)。
其中:?
一個實變函數(shù)在區(qū)間[a,b]上的定積分,是一個實數(shù)。它等于該函數(shù)的一個原函數(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)的偏導數(shù)的方程,稱為偏微分方程。
4.極限理論
十七世紀以來,微積分的概念和技巧不斷擴展并被廣泛應用來解決天文學、物理學中的各種實際問題,取得了巨大的成就。但直到十九世紀以前,在微積分的發(fā)展過程中,其數(shù)學分析的嚴密性問題一直沒有得到解決。十八世紀中,包括牛頓和萊布尼茲在內的許多大數(shù)學家都覺察到這一問題并對這個問題作了努力,但都沒有成功地解決這個問題。整個十八世紀,微積分的基礎是混亂和不清楚的,許多英國數(shù)學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。這個問題一直到十九世紀下半葉才由法國數(shù)學家柯西得到了完整的解決,柯西極限存在準則使得微積分注入了嚴密性,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嚴密的分析基礎之上,它也為20世紀數(shù)學的發(fā)展奠定了基礎。
注:在中世紀(14—17世紀)歐洲數(shù)學大發(fā)展的時期,我國基本處于停滯狀態(tài)(明、清時期)。所以,我國的數(shù)學家與微積分無緣[5]。
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常見符號
微分符號,φ?,?等,系由萊布尼茨首先使用。其中的"?"源自拉丁語中“差”(Differentia)的第一個字母。積分符號“?∫”亦由萊布尼茨所創(chuàng),它是拉丁語“總和”(Summa)的第一個字母s的伸長(和?有相同的意義), “?∮” 為圍道積分。