网友提问:
能否简单解释一下微积分是做什么用的呢?
优质回答:
作为一个从事高等数学教育十二年的老教师,我来回答这个问题。希望大家一定要看到最后,我相信你一定会有所收获!谢谢!
微积分是什么?
微积分是微分学和积分学的总称,是《高等数学》的主要内容,是理工科院校学生的必修科目。
微分学主要包括:极限、导数、微分及其应用;
积分学主要包括:不定积分和定积分。
微积分是建立在在实数、函数和极限的基础上的,是近代数学的重要内容。
“微积分是近代数学中最伟大的成就,对它的重要性无论做怎样的估计都不会过分。”——冯.诺依曼
关于什么是微积分我已经在之前的回答中有比较详细的介绍,具体内容可在我的动态里查找。
微积分的创立
微积分是由牛顿和莱布尼茨共同创立的。牛顿和莱布尼茨分别从不同的方向创立了微积分。莱布尼兹研究方向是求积问题,即计算不规则区域的面积(如曲边形)。牛顿对微积分的研究始于对任意曲线切线问题的研究。莱布尼兹是现有积分后有微分,而牛顿是先有微分再有积分。两个人的研究的入手方向不同,但殊途同归。
微积分的应用
微积分的创立是实际应用驱动的,当我们生产和自然科学所提出的新问题原有的几何和代数无法解决的时候,经过长期的积累微积分就应运而生。那微积分能解决什么问题呢?
物体的瞬时速度和加速度、曲线的切线、曲线长度、不规则图形面积、极值问题…….
1、导数的应用
导数的应用非常广泛,除了教材中两个经典的案列瞬时速度、曲线切线斜率,导数还可以用来研究函数的的性质、证明不等式、洛必达法则计算函数的极限。
从应用的角度,在工农业生产、经济、生活等实际问题中所有优化问题都要用到导数或者偏导数来求解,如利润最大、用料最省、效率最高等问题。
2、微分的应用
导数表示函数相对于自变量的变化快慢程度,而微分表示:当自变量改变量很小时,对应的函数的改变量△y,但△y的表达式往往很复杂,dy是函数增量的线性化,并且当自变量改变量很小的时候有△y≈dy,因此微分通常用近似计算中。
3、积分的应用
积分分为不定积分和定积分,它们是两个不同的数学概念,但牛顿-蓝布尼茨公式把这两个概念联系起来,从而解决了定积分的计算问题。
积分的应用主要是定积分的应用,定积分的本质是“和式的极限”,它能够计算曲边梯形的面积、曲线的弧长、不规则物体的体积、密度不均匀物体的质量、变力做功问题…….
总结
微积分是近代数学中最伟大的成就(没有之一),微积分的发现让数学彻底掌握了连续变化的概念,打破了静止的图像和离散数量的桎梏。微积分是一种极为使用的工具,现实生活中无处不在。我们可以不理解微积分的概念,也可以不会应用微积分,但我们不能否认它的价值。如果实在不明白,那你就问问自己平时走路是走的直线多还是曲线多?是匀速的多还是变速的多?如果你的回答是曲线的、变化的,那么无论是刻画你的运行轨迹还是运行状态都离不开微积分!
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谢邀请。我们知道在数学领域里主要包括两方面知识,一类是数的概念,比如有理数,兑数,函数,实数,复数,虚数等等。一类是运算方法。比如加减乘除,乘方开方,微分积分等等。微积分就是高等数学里的一种高深的,特殊的运算方法。OO在低等数学里的正整数运算中,除法是求二数之商,直接得出结果。加法是求几个数相加之和,也是直接得出结果。而微积分的运算方法是,在没有算出所求物体的总和前,先把这个物体按相应的计算规则,先分成若干徽小的几何体,这个过程叫微分,[微分只是越分越小,并不是越分越少]。?!然后再运用一种可行的计算方法,把这些微小的几何体累积在一起求其总和,这个过程就叫积分。OO(因手机打不出有些计算公式)在此举一个(不太确切的)例子来说明什么是微积分。比如要求一块不太大的,而又很不规则的一块石头的体积,我们只要将其放在装满水的固定容器中,运用阿基米德定律,就能求出其体积。而对于那些大的,根本不能运此法计算的物体(石块),微积分就派上用场了!这就是先把此物体(石块)分成若干微小的正方体(比如立方毫米)。这就叫先微分。然后再把这些小正方体累加求其总和,这就叫积分。这种运用先微分而后累积的办法,最终求出所要的结果的运算方法就是微积分(当然不是像加减法这么简单,这只是举例说明)。OO由英国物理学家牛顿和德国数学家莱布尼茨研发的微积分。虽运算过程有所不同,但殊途同归,其计算结果是相同的。微积分的使用,为人类攻克科学堡垒以及生产实践,发挥了巨大作用!水平有限,不妥处欢迎斧正。
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从数学的角度来解释下微积分的作用。
首先得来说下导数和微分。
导数与微分是微分学的两个重要概念。
数学分析的主要任务就是研究函数的各种性态以及函数值的计算或近似计算,而导数与微分是解决这些问题的普遍的有效的工具。
例如:物理学中的瞬时速度和几何学中的切线斜率,二者的实际意义完全不同。但是数学结构却完全相同,都是函数的改变量Δy 与自变量的改变量Δx 之比的极限(当Δ→0时)。这就引入了导数的概念,导数概念同数学中其它概念一样,也是客观世界事物运动规律在数量关系上的抽象。
如:除上述两例外,非恒稳的电流强度,化学反应速度等等,都是导数问题。
虽然导数是研究函数性态的重要工具,但仅从导数概念出发并不能充分体现这种工具的作用,它需要建立在微分学的基本定理的基础之上,在数学中这些基本定理统称为“中值定理”。如:罗尔定理、费马定理、拉格朗日定理、柯西定理等,导数在研究函数上的应用(函数的单调性、极值与最值、凸凹性、曲线的渐近线、函数的图像。)离不开这些中值定理。
在来说下积分。一般来说在数学中,一种运算的出现都伴随着它的逆运算。例如,有加就有减,有乘就有除,有乘方就有开方,等等。
导数运算也不例外,它也有逆运算,也就是不定积分。引入不定积分是为计算定积分服务的。
最后说下定积分的应用实例。
一、利用“微元法”计算下列实际问题:
1、计算曲边梯形的面积;
2、计算物体运动的路程;
3、计算变力作的功;
二、计算平面区域的面积。
三、计算平面区线的弧长。
四、应用截面面积求体积。
五、计算旋转体的侧面积。
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微积分的作用可以说无处不在,要列举就太多了,比如说应用在信号与系统中的分析,模拟与数字电路的计算等等。
但这都不足以说明微积分的全部。实际上我理解的微积分是一种世界观与方法论。微积分的最大创新是在于引入了极限的思想,无限趋近和无限拆分的观点,完全打开了人类思维的界限,让以前无解的问题有了新的答案,这才是微积分的最大作用。
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我认为,从物理的意义来说,所谓的微分是根据运动变化量来求运动变化速度的数学方法;而积分则是根据运动变化速度来求运动变化量的数学方法。这两种数学方法互为逆运算,现在的问题是 ,我们为什么不把它们叫作变量数学,而把它们叫作微积分学呢?其根本原因就是因为它们的公式不是用代数的方法推导出来的,而是用一种似是而非的极限理论来进行推导的,例如我们要求一个圆的面积,我们可以将这个圆切割成许多的小条,然后将这些小条都按长方形来测量计算面,那么,将圆的条数切得越多,计算求出来的面积就越准确,如果我们将这个圆切割成无穷条,那么 ,我们就可以求出圆的精确面积。但实际上,我们人类的测量计算能力只能是有限的,再说,即便是你能够把所有小条的宽度都分割成了0,那么,0乘以任何数都等于0,无穷多个0相加也只能是0。只有如实的承认微积分公式是代数的推导结果才是正确的,详细理由请到百度文库搜阅本人的《变量运算研究》一文。
以上内容就是小编分享的关于能否简单解释一下微积分是做什么用的呢.jpg”/>