积分

积分就是还原dy,= y 在讲微分的时候讲过积分的符号,它是由Summation --> S 演变而来。是积分符号,是积分式

y = x² x 1的导函数是 y' = 2x 1,导函数也可以用莱布尼茨符号表示 = 2x 1

由= 2x 1推导出 dy = (2x 1) * dx (变化率的估计),积分表示为dy = 2x 1 dx,2x 1被称作“被积分函数”

被积分函数 2x 1 反推原式 x² x C ( C为未定常数 ),C可以是任一常数,所以被积分函数反推的式子可以是无穷多的

反导函数和积分的基本公式

积分就是要还原微分,或者说做积分的动作相当于反过来的微分

接着看这个式子2x 1 dx = x² x C x² x C是 2x 1所有可能的反导函数

像 x² x 是 2x 1的一个反导函数, x² x 1,x² x 2,x² x - 1001 等等都是 2x 1的反导函数

由此可推出:n项多项式 dx = x² x C 左边有一个积分符号和dx,中间是n项多项式,右边推导的反函数有常数项,可以对应无穷多个反函数,称为这样的式子叫(不定)积分

看几个不定积分的例子:x 1 dx = x² x C ; 3x²-4x-6 dx =

- 2x² - 6x C

积分的基本公式dx = [] C(r≠-1) 验证一下这个公式:[]' = [] = 需要注意的是该公式的r≠-1,因此不能做被积分函数

自由落体

自由落体是只受重力(如地球吸引力)等的加速运动,速率成比例的加快。公式为= -9.8t

公式中的 - 代表速度朝下的,公式可以理解为自由落体时,当时间为 t (sec)时,下降时的速率为 9.8t ( m/sec )

看一个例子:x = x(t),为瞬间 t 的高度(m)。假设 x 从1000m下落,求10秒后 x 有多高,几秒x落地

解: x = dt = -9.8t dt = -4.9t² 1000 ( x 为当时间是t时的高度)

当 t = 10 时,x(10) = 510,即10秒后 x 有510m高

-4.9t² 1000 = 0

t² = ≈ 204

t = ≈ 14.3(sec)

即大约14.3秒落地

微积分基本定理

定积分表示为dx,不定积分表示为dx

定积分算出来是一个数,,是 f(x) 对 x 从 a 到 b 的积分;不定积分算出来是一个函数

举一个例子:f(x) = (变化率,这里指速度),y = F(x) 是某物体在时间 x (sec) 的位置(m);由此可推出= F'(x) = f(x),F 是 f 的一个反导函数 =运动后从时间 a 到时间 b 的位移 = F(b) - F(a)

定积分的总量含义

不定积分:可推出F,常数无穷多

若f(x)是F(x)的导函数(F的变化率) f(x) = F'(x) = dx = dx = dF = F(b) - F(a) 定积分:求 x = a 到 x = b 的数

变化率在物理上最常见的是指速度(F 位移),变化率在金融主要是指边际利润(F 利润,x 销量)、边际成本

定积分的面积含义

若 f(x) 表示高度(m),x 表示宽(m)

f(x) dx = F(b) - F(a) = f(x)图形在 a, b之间,在 x 轴上方的面积

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(1)

看一个例子:高f(x)=2,求 x 轴从 0 到 3 的面积。该例用求解长方形面积的方法很好求解:长方形的面积 = 宽*高 = 2*3 = 6

现在熟悉下定积分求解面积:f(x) dx = 2 dx == [2*3] - [2*0] = 6

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(2)

再看一个例子,求下图直角三角形的面积

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(3)

解:dx = == [* 2²] - [* 0²] = 3

即直角三角形的面积是 3

供需平衡

首先了解一个概念:供需曲线包括需求和供给,是price(价格)与供应量需求量的数学模型

假设需求 P = 0.4x² - 2x 6

供给 P = 0.6x² 1

(x:需求量或供给量(万件);P:价格(元))

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(4)

看上图,需求量曲线和供应量曲线交汇的地方达到了供需平衡,以 y = 为分割线,和需求量交汇的面积叫消费者剩余,和供应量交汇的面积叫生产者剩余

消费者剩余的面积:0.4x² - 2x 6 - dx

生产者剩余面积: - 0.6x² - 1 dx

连续函数值的平均

、、...,这些数的平均值为=

* n = 总和

看下图,求 y = x²在 x ( 0 ≤ x ≤ 2)之间的平均值为多少

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(5)

如果长方形的面积等于连续函数的面积,则认为高为平均值(注:这是经过多轮演算推理的经验所得)

f(x) 在 x 的 a 与 b 之间的平均值定义为: = dx = dx =

* - * =

连续函数的面积转换成长方形的面积,长方形的高就是平均值。∴ =

机率密度函数

假设某地工作人口收入占比如下表

年收入(万元)

0~3

3~10

10~20

20~40

40~60

60以上

13%

24%

28%

21%

10%

4%

年收入0~20万占总工作人口的比例可以表示为 P(0~120) = 65% 可以将比率看作面积,用直方图表示的时候x轴数值范围不断缩小(x轴数值细化,比如0~1,1~2,2~3······),顶端会有平行,从0~60像一个抛物线。

将抛物线称做机率分布函数(pdf,probibility distaibution function)

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(6)

在机率分布函数中抽取一个样本 P( a ≤ x ≤ b ), 抽取的样本可用定积分表示

P( a ≤ x ≤ b ) = f(x) dx 当在a ≤ x ≤ b这个区间找精确的值会发现得到的数是0

如当P(x = a) = f(x) dx = F(a) - F(a) = 0

数学概念上有误差,但是也不可以太大。比如 x = a 在 a ≤ x ≤ b 找不到,可以给 x = a加误差,这样 x = a也会在这个误差范围内找到

假如 P( x = a ) P( a -≤ x ≤ a )

P( x = 10 ) P( 9.95 ≤ 10 ≤ 10.05 ) = f(x) dx

当 P (x ≥ 60 ) 时 ,P (x ≥ 60 ) = f(x) d(x)

当 P(x ≤ 10 ) 时,P( x ≤ 10 ) = f(x) d(x)

由此可推出,pdf(机率分布函数)的性质为:① f(x) ≥ 0;②f(x) d(x) = 1 = 100%

相关变化率

先记住一个重要的式子: = *

若 y = - x 1

y = =[- x 1 ] = 3x² - 1

是一个算子,是一个动作,对 x 进行微分

接着往下看,y = - x 1,对 t 进行微分

y = [- x 1 ]

= [- x 1 ]

= [ 3x² - 1 ]

若 x 与 t 无关,= 0 = 0

若 x 与 t 有关,则为相关变化率

相关变化率-吹气球

吹气球若每分钟吹气 80 cc/min,求时间 t 时,吹的半径是多少

解:球的体积公式:V() =

对时间 t 进行微分,=()

除了时间 t ,r 也是未知数,∴ =() *

= (4r²) *

= =

结合题意可知:= 80 cc/min,为气球某一时间内的半径放大率(cm/min)

①当 t = 1 时,V = 80 由V() = 得 r = ≈ 2.8

则当 t = 1 时, ≈ = = 0.83 cm/min

②当 t = 3 时,V = 80 * 3 = 240 由V() = 得 r = ≈ 3.9

则当t = 3 时, ≈ = = 0.42 cm/min

相关变化率范例-利润

设利润 P = 500x - ,x 为数量;每天多卖10个,则可表示为= 10 个/天

当日销售量为500时,求利润变化率(元/天)

解:= (500 - )

= (500 - ) *

= ( 500 - ) *

当日销售量为500,即 x = 500 时,

= (500-)* 10

= 2500 元/天

∴ 当日销售量为500时,利润变化率为2500 元/天

再看一个例子,若边际利润等式为= 3500 - 0.02x(P:利润(元),x:销量(个),边际利润的意思是每多卖出一个产品,利润就会多赚多少钱

问销量从100增至110,多了多少利润?

解:P(110) - P(100) = dx = dx = = [3500*110 - 0.01*(110)²] - [3500*100 - 0.01*(100)²] = 384879 - 349900 = 34979 元

即销量从100增至110,多了34979元利润

弓形面积

看一个特例,已知 y = 1 - x²,x ∈ [-1, 1],求[-1,1]之间抛物线的面积

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(7)

解:dx = = [1-*] - [ (-1) -*] =

即[-1,1]之间抛物线的面积是

阿基米德与罗马军队作战时制作了弓箭等防御性、攻击性武器,像在制作弓箭时也用到了数学知识。看下图抛物线,像是一个弓箭,怎么求"弓箭"的面积呢?

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(8)

求“弓箭”面积可以先求 y = x² 中(a²,a²),(b²,b²),(a,0),(b,0)四个点围成的面积

看这四个点围成的面积像一个倒放的梯形,其中b²是下底,a²是上底, b-a是高

梯形的面积是=

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(9)

梯形中"弓箭"外面的面积可用抛物线的定积分求解:f(x) dx = x² dx = =

[] - [] =

则"弓箭"的面积为 -=

==

==

=-

=(-)=()

=()

=

平均成本范例

假设成本模型 C(t) = 0.15t² 0.2t 400 (千元)

t 指月份 0,1,2,... 24

求这两年的平均成本

机器学习k值计算公式(机器学习基础知识学习-积分基本公式定理)(10)

解:这两年的平均成本 = 0.15t² 0.2t 400 dt 这个计算式可以用Maxima计算,这里不在详细阐述了

至此,微积分的学习告一段落了,下一章节开始概率论的学习

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