微积分中几个重要公式的简易推导(彭彤彬),我来为大家科普一下关于微积分基本公式知识点?下面希望有你要的答案,我们一起来看看吧!

微积分基本公式知识点(微积分中几个重要公式的简易推导)

微积分基本公式知识点

微积分中几个重要公式的简易推导(彭彤彬)

在数学分析或微积分里面,有重要常数e,π,有重要的求导,多项式展开式,这些式子是怎么推导出来的?本文基于极限,导数,积分定义及运算法则,一条龙从头至尾,将它们推导出来。

可以看出,推导过程比各微积分教材中要简捷深入得多,即不需要高深的理论基础,就可得出了微积分中的各重要公式。

写在此,供各位一赏。

由上知e的重要性,没有e的定义,第一个不是多项式的函数的导数就求不出来,从而后面的导数公式的推导就不能进行下去。

有了e的定义后,虽说暂时我们不知道e的精确值是多少,但我们可以推出自然对数,以e为底数的指数函数的导数,见上。

由此,结合指对数运算性质及复合函数求导法则,可得到任意指数函数与对数函数的求导公式。见下:

为进一步开展以后推导,我们先由三角形函数定义及有关知识,推导出一个重要的极限值:当自变量趋向于0时,正弦函数与其自变量比值的极限为1。

有了上述重要极限,我们用复数运算,求导,积分等其本定义和运算法则,就可推导出e的ix次方与cosx,sinx之间的关系式,从而得出几个重要常数0,1,i,e,π之间的著名关系式e的iπ次方与1的和为0。

具体过程见下:

有了上述关系式:

e^(ix)=cosx+isinx,

我们就可用指数表示三角函数,从而利用前面推出的指数函数求导法则,可推导出三角形,函数的求导公式。

具体见下:

可以看出,三角形函数求导公式简单明了。

我们知道,多项式函数是包含最基本最简单运算的函数,这样的函数我们对其认识和把握是相当容易的。

我们就想,指数函数,对数函数,三角函数,它们能否表示成多项式的形式?若能,又有什么区别?

我们先考虑以e为底数的指数函数分解成多项式,是个什么情况,能得到什么结论。

见下:

可以看出,e的x次方,展开成多项式形式时,含有无数多项和。

由此,令x=1,我们得出了e的精确值的表达式。

利用这个表达式,可以求出e的精确到任意位的近似值。

由这个式子可知,e不能表示为一个分数形式(若将后部带省略号的一部分去掉,就可以通分变成一个有理数,而这只是e的近似值),从而知它一定是一个无理数。

有了e^x的多项式展开式,结合e^x=cosx+isinx,马上就可以很容易推导出三角函数的多项式展开式。

见下:

推出了上述很多公式和结论,最后我们找一个圆周率π的精确值等式。

我们先求反正切函数导数,并将这个导数结果式展开成多项式形式,然后对其积分,就得到了反正切函数的一个多项式展开式,最后让x取一个特殊值,得到一个含有π的等式,变形就可以得到π了。

见下:

回顾以上推导内容,可以发现,对数函数的多项式展开式还没推导出来,要另行推导。有了导数公式,再运用待定系数法,这个推导是不难的。

具体见下:

至于反正弦,反余弦的多项式展开式,就不再详述。

至此止。