從數值認識積分

現在只討論在閉區間 [a, b] 內的正值連續函數。 將 [a, b] 區間等分成 n 個分格 (也可以說「等分 n 段」) 然後計算小矩形之面積和的想法, 直接提供了一套算法。 等分後的 n 段分別是



其中 , k = 0, 1, 2, ..., n,而


所以每個分格的寬度是 h。以一個分格 為寬,以 為高的矩形面積是 。 因此,這 n 個矩形的面積和是


我們將這樣定義的矩形和記為 , L 是 Left 的記號。 那麼,計算它的數值,讀者應該會看出來,當 n 越來越大的時候, 越來越接近某個常數。我們不難理解,這個常數, 就是 在 [a, b] 區間內的積值。

現在,我們以 和 [a, b] = [0, 1] 為例, 列出 的一系列計算結果。 在這個情況下,其實我們可以推導




nL[n]
10  .285000000000
100  .328350000000
1000  .332833500000
104  .333283335000
105  .333328333350
106  .333332833334
107  .333333283333
108  .333333328333
109  .333333332833
1010  .333333333283

觀察這些數值,是否當 n 越來越大、越來越大的時候,以上的數值, 會越來越接近 1/3? 我想,現在如果要賭錢的話,每個人都會押在「會」上面。

如果覺得前面的例子太簡單,我們再試一個複雜一點點的例子。令 和 [a, b] = [0, 1]。 這時候,寫不出一個簡單的公式,只能說



以下列出計算結果。
nL[n]
10  1.39327261729
100  1.43770081711
1000  1.44219509865
104  1.44264504147
105  1.44268917262
106  1.44269454089
107  1.44269499089
108  1.44269503589
109  1.44269504039

讀者應該看得出來,那個「越來越被靠近的數」,大約是 1.442695。

稱為一個無窮數列或簡稱為 數列 (sequence)。 n 稱為數列的 足標 (index)。 通常足標由正整數組成,但是一般而言,它可以是整數的任何一個子集合; 例如,足標可以從 0 開始計數,也可以從 -1 開始。 我們有時候也用 L[n] 來表示數列。 其實數列也就是一種特殊的函數,它的定義域是正整數, 或者其它的整數子集合。但是因為數列的特殊應用地位, 我們將它們獨立看成一類物件,而不歸類在函數裡面。

如果存在一個常數 T,使得當 n 越來越大的時候, L[n] 越來越靠近 T,則我們稱 T 是數列 L[n] 的極限,記做



以上是 數列極限 的符號。

例如對於前面第一個例子,我們的猜測是



對於第二個例子,我們的猜測是


習題

  1. 請計算並猜測以下數值:


  2. 請計算並猜測以下數值:


  3. 請計算並猜測以下數值:


  4. 請計算並猜測以下數值:


  5. 請計算並猜測以下數值:



Created: Apr 16, 1997
Last Revised: Aug 2, 2001
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