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Calculus in One Variable (Chinese) 單變數微積分
微積分基本定理(簡)
令
因為 h 是要趨近於 0 的,所以可以假設它很小。又因為
是可微的,所以它在一段很小區間內的函數曲線幾乎是一條直線。
這條直線若不是漸增,就是漸減。因此,若不是
就是
兩者總有一個是對的
(以上的 s 只在 x 和 x+h 之間考慮)。
因為兩者的論述是完全一樣的,所以我們假設前者成立。
那麼,我們就知道
在 x 和 x+h 之間的面積,
比同樣區間內以
為高的矩形面積大,比同樣區間內以
為高的矩形面積小,也就是
因此
因為
根本不隨 h 而變化,也就是說,對於自變量 h 而言,
是一個常數函數,所以
另一方面,因為
是連續函數,所以
現在,可以呼叫夾擊定理了。根據夾擊定理,我們得到
這個結果對所有
都成立,所以說
在 (a, b) 區間內的導函數就是
簡記做
或者
這就是我們的「簡單版」微積分基本定理
(the fundamental theorem of calculus)。
前面所謂的「簡單版」簡單在哪裡呢?
也就是說,所謂「完整版」多了什麼?
其實,完整版就是說,原函數
不必可微,也不必是正值,就可以證明上面的 (A) 式了。
其實,要去掉「正值」假設並不困難,但是要去掉「可微」假設就需要多一點兒工夫了。
我們別處再談。現在,雖然我們只證明了簡單版,卻假設完整版成立:
假設
在 [a, b] 區間內是一個連續函數,則 (A) 式成立。
微積分基本定理說明了
積函數的導函數是原函數
也可以說
積分與微分互為逆運算
還可以說
曲線下面積的瞬間變化率是函數值本身
這個定理的精要與微妙處,還需要學習者日久天長去慢慢體會。
習題
- 默寫微積分基本定理 (所謂的「完整版」)。
- 請問
在 [0, 1] 內的積函數是什麼?
- 請問
在 [1, 2] 內的積函數是什麼?
小心,這個題目有陷阱,注意積函數在 x = 1 處必須是 0。
Created: Nov 15, 1996
Last Revised: Aug 3, 2001
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