09.01定积分的概念与性质
一小条一小条的账封面场景

定积分的概念与性质 · 沉浸式数学故事

一小条一小条的账

堤坝监测图不是规则矩形,工程师把它切成许多窄条。每条先记一笔近似账,窄到极限时,总账就成为定积分。

第 9 章 · 定积分及其应用 · 5 幕故事 · 1 个训练

一小条一小条的账:曲线下面有多少面积,一把直尺无法直接回答。

河堤监测 · 不规则图形

曲线下面有多少面积,一把直尺无法直接回答。

工程师把区间 [a,b] 分割成若干小段,在每段选一点 ξᵢ,用函数高度 f(ξᵢ) 乘小段宽度 Δxᵢ,得到一条窄矩形的近似面积。

小条账:f(ξᵢ)Δxᵢ先分割,再取样,再求和。
一小条一小条的账:每一小条略有误差,总和却越来越贴近曲边区域。

把账相加

每一小条略有误差,总和却越来越贴近曲边区域。

把所有窄条相加得到黎曼和 Σf(ξᵢ)Δxᵢ。分割越细,最高与最低矩形之间的差距越小。

Σᵢ f(ξᵢ)Δxᵢ有限分割给近似和。
一小条一小条的账:最宽的小条也趋近零,取样位置不再左右结论。

宽度走向零

最宽的小条也趋近零,取样位置不再左右结论。

当分割的最大宽度 λ→0,若所有合理分割与取样都趋向同一数,这个极限定义为定积分。

∫ₐᵇf(x)dx=limλ→0Σf(ξᵢ)Δxᵢ定积分是和式的极限。
一小条一小条的账:横轴上方记正,横轴下方记负。

有向面积

横轴上方记正,横轴下方记负。

定积分累计的是代数面积。曲线在横轴下方时,对应小条高度为负,因此会从总账中扣除。

∫ₐᵇf = 上方面积 − 下方面积几何总面积需要对 |f(x)| 积分或分段取绝对值。
一小条一小条的账:区间能拆,常数能提,顺序倒置就变号。

账本性质

区间能拆,常数能提,顺序倒置就变号。

工程师按施工段拆分总账,并用线性性质合并不同监测指标。

∫ₐᵇf=∫ₐᶜf+∫𝚌ᵇf;∫ᵦᵃf=−∫ₐᵇf性质来自有向累积的定义。
一小条一小条的账训练场景

尾声 · 带着方法进课堂

故事落幕,判断才刚开始。

把这一课的条件、公式与易错点带进最后一次判断。

函数图像在横轴下方的一段,对定积分的贡献通常是?
再读一遍

互动实验 · 把面积切成细账RIEMANN → ∫

一条一条窄账,加起来就是面积

要算曲线下这块料,先把区间切成 n 段,每段用一根矩形小条近似:高是 f(ξᵢ),宽是 Δxᵢ,面积 f(ξᵢ)Δxᵢ。把这些小账全加起来 Σf(ξᵢ)Δxᵢ,就是黎曼和。切得越细,阶梯越贴合曲线;当 λ→0,和就收敛成定积分 ∫ₐᵇf。拖动分段数,看阶梯收进真实面积。

∫₁⁷ f(x) dx · 中点取样 a b