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重要思想:积分

写在前面的前面

积分、极限、导数,这三个有的时候是可以同时出现的,那么积分是什么呢?

写在前面

类似于极限那一章我们提到的关于切割圆的例子,也是微积分思想,再次就不再赘述了,我们直奔主题!

引入

我们都知道长方形、平行四边形、三角形等等图形的面积公式,哪怕是多边形我们也可以根据辅助线求出面积,但是,这些都是方方正正有棱有角的图形,如果我让你求一个圆弧与其他线构成的图形的面积,你又该怎么求?假设是一个二次函数与 xx 轴围成的面积,怎么去算?

截屏2025 04 14 21.22.53

我们像这样,用几个长方形将面积等分,每个长方形的高为它们的顶边与图像的焦点横坐标。于是,我们把长方形拿出来进行观察,把它的宽叫做 dxdx,随着 dxdx 的减小,无限趋于 00 的时候,所有的长方形刚好可以填满整个所要求的面积,至此,我们完成了微分的过程。接下来只需要计算出长方形的面积之和就可以了。

公式 / 牛顿莱布尼茨公式

我们利用导函数和原函数之间的关系,即 f(x)F(x)f(x)\to F(x),可以得到:

F(b)F(a)=abf(x)dxF(b)-F(a)=\int^b_a f(x) dx

那么在本题目中我们先要找到原函数。

f(x)=x2F(x)=13x3+Cf(x)=x^2\to F(x)=\frac{1}{3}x^3+C

根据公式可以求出面积:

06f(x)dx=F(6)F(0)=72\int^6_0 f(x)dx=F(6)-F(0)=72

因此原题目中的面积为 72\boxed{72}

详细的推导过程

我们可以把上面的公式进行推导,假设我们要计算 f(x)f(x)[a,b][a,b] 上的定积分,我们可以把它分成 nn 个小区间,每个小区间的宽度为 Δx=ban\Delta x=\frac{b-a}{n},每个小区间的左端点为 xi=a+iΔxx_i=a+i\Delta x,那么我们就可以得到:

abf(x)dx=limni=1nf(xi)Δx\int_a^b f(x)dx=\lim_{n\to\infty}\sum_{i=1}^n f(x_i)\Delta x

然后,我们可以把 Δx\Delta x 代入上面的公式,得到:

abf(x)dx=limni=1nf(a+iΔx)ban\int_a^b f(x)dx=\lim_{n\to\infty}\sum_{i=1}^n f(a+i\Delta x)\cdot \frac{b-a}{n}

化简,得到:

abf(x)dx=limnbani=1nf(a+iΔx)\int_a^b f(x)dx=\lim_{n\to\infty}\frac{b-a}{n}\sum_{i=1}^n f(a+i\Delta x)

于是:

abf(x)dx=limnbani=1nf(a+iban)\int_a^b f(x)dx=\lim_{n\to\infty}\frac{b-a}{n}\sum_{i=1}^n f(a+i\frac{b-a}{n})

最后,我们可以把上面的公式进行化简,得到:

abf(x)dx=limnbani=1nf(a+iban)=abf(x)dx\int_a^b f(x)dx=\lim_{n\to\infty}\frac{b-a}{n}\sum_{i=1}^n f(a+i\frac{b-a}{n})=\int_a^b f(x)dx

我都看不懂,再见了。