说微积分是围绕着“极限”展开的。

这种说法不准确。

微积分真正的核心思想,当然也是数学的核心思想,是:

  1. 将做不到的事情,想办法变成可以做的事情;
  2. 把复杂的事情,化作简单的事情来做。

而这一切,跟一个叫作“极限”的东西有关。

什么是极限?

首先我们想一想函数曲线在某点处切线的斜率问题。这个在中学里是做不来的。我们会的是,找到过两个点的直线的斜率,而切线只过一个点。

微积分里是这样解决这个问题的。

我们仍然看过两个点的直线斜率,要求其中一点是切线过的那个点,第二点则放在曲线上,只是,要和第一个点很近。

这样,起码我们得到了一个切线斜率的近似值。

这里的指导思想,是将做不到的事情,变成可以做的事,即使不那么完美。

但是,如果故事仅止步于此,那就没有必要开设微积分了,在中学就会了。

接下来,我们要做的事情,就是去追求“完美”。

我们让两个点不断接近,直至成为一个点,可以想象,原先过两个点的割线,最终会变成那个我们要找的切线。

微积分最难问题(微积分这样讲你就懂了)(1)

割线变切线

同时,割线斜率的表达式在两个点最终合拢成一个点之后,将最终达到一个值——切线的斜率。用数学的语言描述,设函数为f(x),两个点的距离是h,则切线在点x处的斜率可以写成一个极限:

如果这个极限可以计算的话,我们就可以求切线斜率了!

答案是:可以计算。

目前为止,我们把不能计算的,变成了可以计算的。

但故事到这里才刚刚开始。因为,这样的计算一般来说,非常复杂。

不过,我们的指导思想还有一条:可以想办法把复杂的事情,化成简单的事情来做。

所以,微积分接下来的事,就是怎么去简便的计算极限了。

更准确地讲,就是我们如何用极限去算微分,算积分等等。

微积分最难问题(微积分这样讲你就懂了)(2)

微分,定积分,泰勒级数

对于微分(导数)和积分,我们须找出计算的简便而系统的方法,不然其极限将非常难以计算。尤其是定积分的计算,我们发现一个巧妙的方法,使得其关键步骤是微分的逆运算,这让我们对于定积分的计算问题,解决了大半。而对于级数,主要是判断其收敛性的方法。(级数不需要算极限,只是需要算导数。)

最后,要理解微积分,你要知道微分,积分,级数都是干嘛的:

微分是计算函数值的瞬时变化率;积分可以算面积,体积,曲线长度等等;级数则是把函数写成一个无限项数的“多项式”或“三角函数”的组合形式,以便于函数的近似或分析。

如果这些你都理解了,可以说,你基本搞懂了微积分

最后补充一下,微积分的工具,还可以从一个自变量的函数扩展到多个自变量的函数。比较类似,但内容更加的丰富。(多元函数的微积分需要一个学期甚至以上的时间来探讨。)

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