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微积分是数学中最重要的分支之一,它研究函数的变化率和累积量。微积分包含三个核心概念:极限描述函数的趋近行为,导数计算瞬时变化率,积分计算累积量。历史上,牛顿从物理学角度发展了微积分,而莱布尼茨建立了完整的符号系统。微积分是现代科学技术发展的基础工具。
极限是微积分的基础概念。极限的严格定义使用ε-δ语言:对任意小的正数ε,都存在正数δ,使得当x在a的δ邻域内时,函数值f(x)都在L的ε邻域内。经典例题是证明sin(x)/x当x趋于0时的极限等于1。极限具有唯一性、局部有界性、保号性等重要性质,并且满足四则运算法则。
导数定义为函数在某点的瞬时变化率,用极限表示为f'(x)等于h趋于0时,f(x+h)减去f(x)再除以h的极限。几何上,导数表示函数图像在该点的切线斜率。基本求导公式包括幂函数、三角函数和指数函数的导数。链式法则是复合函数求导的重要工具,乘积法则和商法则也是常用的求导技巧。
通过具体例子分析函数y等于x的三次方减3x的平方加2。首先求导得到f'(x)等于3x的平方减6x,因式分解为3x乘以x减2。令导数为零得到临界点x等于0和x等于2。通过导数符号判断单调性:函数在负无穷到0和2到正无穷上单调递增,在0到2上单调递减。因此x等于0是极大值点,函数值为2;x等于2是极小值点,函数值为负2。
积分是微积分的另一个核心概念。定积分定义为黎曼和的极限,几何上表示曲线与x轴围成区域的面积。牛顿-莱布尼茨公式建立了定积分与原函数的关系,即定积分等于原函数在上限的值减去在下限的值。基本积分公式包括幂函数、指数函数和三角函数的积分。换元积分法和分部积分法是重要的积分技巧。