積分


積分入門

積分是把片相加來求整體。

積分可以用來求面積、體積、中點和很多其他有用的東西。要了解積分,最簡單是從求 函數曲線下面的面積開始。像這樣:

我們可以求函數在幾點的值,然后把寬度為Δx的片的面積加起來(但答案不會很精確):

我們可以使 Δx 非常小,然后 把很多片的面積加起來(答案比上面的好一點):

當片的 寬度趨近零時,答案也趨近正確的面積。
我們用 dx 來代表趨近零的寬度 Δx。

有很多塊片要相加!

可是,我們不需要做加法,有個 "捷徑"。因為……

…… 求積分與求導數是相反的。

(所以你需要先了解 導數!

如下:

記法

"積分" 的符號像英語字母 "S"
(源自英語 "Sum"(總和)):

把要求積分的函數(叫被積函數)放在積分符號后面,

最后放 dx 來代表積分的方向是 x(片沿 x 的寬度趨近零)。

我們這樣寫答案:

加 C

答案我們已經寫了 x2,但為什么要加個 + C?

這個叫 "積分常數"。我們需要把它寫上,因為有很多函數的導數都是 2x:

x2+4 的導數是 2x,x2+99 的導數也是 2x,…… !因為常數的導數是零。

當我們把計算 倒轉 來求積分時,我們只知道 2x,但其實答案可以有任何一個常數。

所以我們需要在答案后面加上 + C。

定積分與不定積分

我們上面做的都是不定積分。

定積分 有下限和上限的值(寫在 "S" 符號的下面和上面):

積分法則

積分 可以用來求面積、體積、中點和很多其他有用的東西。它時常是用來求 函數曲線下面的面積的方法。像這樣:

很多函數的積分都是眾所周知的,也有很多有用的法則來幫助我們去求較為復雜的函數的積分,包括在下面列出的一些法則。

常用函數 函數 積分
常數 a dx ax + C
變量 x dx x2/2 + C
平方 x2 dx x3/3 + C
倒數 (1/x) dx ln|x| + C
指數 ex dx ex + C
  ax dx ax/ln(a) + C
  ln(x) dx x ln(x) − x + C
三角法 (x 的單位是 弧度 cos(x) dx sin(x) + C
  sin(x) dx -cos(x) + C
  sec2(x) dx tan(x) + C
     
法則 函數
積分
乘以常數 cf(x) dx cf(x) dx
冪次數法則 (n≠-1) xn dx xn+1/(n+1) + C
和法則 (f + g) dx f dx + g dx
差法則 (f - g) dx f dx - g dx

分部積分法

分部積分法是一個特別的積分方法,最適用於積分兩個函數的積,但在其他的情況下也會有用。

下面會有很多例子,但我們先來看看法則:
\(∫u v dx = u∫v dx −∫u' (∫v dx) dx\)

  • \(u 是函數 u(x)\)
  • \(v 是函數 v(x)\)

圖:

換元積分法

定積分

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