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微積分(一)一般概念以及從圓的面積怎麼來?

今天開始回憶或者說重學一下微積分,在此記錄一下課程總結以及拓展。


我們都知道圓的面積是,但是,為什麼呢?我們來看一下這個公式的由來。仔細觀察我們就能發現瞭解的微積分中的幾個idea:積分,導數。

假設想要計算一個半徑為3的圓的面積,首先將整個圓分成幾個同心圓。


我們以內部的一個半徑為r(0<r<3)的圓環為例,試圖找出這個圓環的面積。


那麼將這個圓環變形展開,能得到一個近似的長方形,它的長度為,寬度和切分圓環的粒度有關。可以假設這個寬度為  ,可能等於0.1。


那麼可以得到這個圓環的面積,  越小,越能近似面積 。

現在一個圓的面積分解為多個圓環的面積總和,而這個圓環的近似面積


現在我們有這樣一個座標軸,橫座標是r,那麼原始圓的半徑為3,等分後每一部分的長度為

。將每一個圓環依次展開在座標軸上可以得到每一個圓環對應的近似長方形的高度為。而他們在座標軸上組成的面積就是圓的面積。


之前提到,越小,越能近似面積。當 越小時,我們能發現組成的面積近似於一個直角三角形。面積恰好為 

好了,至此我們就巧妙的得到了圓的面積。

這個思想就是,將一個難的問題轉換為多個小問題值的和,從圖形下面積的和得到近似問題解。

加速行駛汽車的路程也是這個思想。


好了,下面來看一下微積分概念


其中,曲線圖形 與座標軸圍成的面積A(x)就是  的積分(Integral)。

變化區域對應的面積為,而  即 

拓展為一般函式f(x),那麼 ,當,近似效果最好。其中 就是A的導數(Derivative),導數的其他形式在日後節分享。

至此,我們引出了兩個可以互相轉化的概念積分和導數,具體細節將在以後章節中給出。

我們的題目叫做圓的面積怎麼來?我們已經通過近似方法得到了圓的面積公式,那麼其中的常數  是怎麼計算的呢?下一節中將介紹其中一種思想。 

Reference

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