积分就是还原dy,
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
由
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
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
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:
看几个不定积分的例子:
积分的基本公式
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
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 =
当 t = 10 时,x(10) = 510,即10秒后 x 有510m高
-4.9t² + 1000 = 0
t² =
t =
即大约14.3秒落地
定积分表示为
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) =
若f(x)是F(x)的导函数(F的变化率) f(x) = F'(x) =
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
若 f(x) 表示高度(m),x 表示宽(m)
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:
再看一个例子,求下图直角三角形的面积
解:
即直角三角形的面积是 3
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))
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 =
消费者剩余的面积:
生产者剩余面积:
看下图,求 y = x²在 x ( 0 ≤ x ≤ 2)之间的平均值为多少
如果长方形的面积等于连续函数的面积,则认为高
f(x) 在 x 的 a 与 b 之间的平均值定义为:
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。∴
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)
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 ) =
如当P(x = a) =
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( x = 10 )
当 P (x ≥ 60 ) 时 ,P (x ≥ 60 ) =
当 P(x ≤ 10 ) 时,P( x ≤ 10 ) =
由此可推出,pdf(机率分布函数)的性质为:① f(x) ≥ 0;②
先记住一个重要的式子:
若 y =
接着往下看,y =
若 x 与 t 无关,
若 x 与 t 有关,则为相关变化率
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,∴
结合题意可知:
①当 t = 1 时,V = 80 由V(
则当 t = 1 时,
②当 t = 3 时,V = 80 * 3 = 240 由V(
则当t = 3 时,
设利润 P = 500x -
当日销售量为500时,求利润变化率(元/天)
解:
当日销售量为500,即 x = 500 时,
= 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
问销量从100增至110,多了多少利润?
解:P(110) - P(100) =
即销量从100增至110,多了34979元利润
看一个特例,已知 y = 1 - x²,x ∈ [-1, 1],求[-1,1]之间抛物线的面积
解:
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?
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
梯形中'弓箭'外面的面积可用抛物线的定积分求解:
[
则'弓箭'的面积为
=
=
=
=
=
=
=
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
解:这两年的平均成本 =
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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