09.02微积分基本公式
累计表和速率表是一对封面场景

微积分基本公式 · 沉浸式数学故事

累计表和速率表是一对

流量计记录每秒进水速度,水位表记录从开阀起累计多少。一个求积、一个求导,牛顿—莱布尼茨公式让两张表彼此校验。

第 9 章 · 定积分及其应用 · 5 幕故事 · 1 个训练

累计表和速率表是一对:一张记瞬时流量,一张记开阀后的累计水量。

泵站 · 两张表

一张记瞬时流量,一张记开阀后的累计水量。

流量为 q(t)。从时刻 a 到 x 的累计水量定义为 A(x)=∫ₐˣq(t)dt。上限 x 向前走,账本就继续增加。

A(x)=∫ₐˣq(t)dt积分把速率累积成总量。
累计表和速率表是一对:多出来的一小段账,近似是当前流量乘时间。

上限挪一点

多出来的一小段账,近似是当前流量乘时间。

当 x 增加 Δx,A 的增量等于区间 [x,x+Δx] 上的积分。区间很短时,平均流量接近 q(x)。

ΔA/Δx≈q(x)局部小区间把累积变化率还原为被积函数。
累计表和速率表是一对:累计函数一求导,瞬时速率原样出现。

基本定理第一面

累计函数一求导,瞬时速率原样出现。

若 q 连续,则由微积分基本定理,A′(x)=q(x)。

d/dx ∫ₐˣq(t)dt=q(x)积分变量 t 是哑变量,真正变化的是上限 x。
累计表和速率表是一对:找到任一原函数,定积分只需算两端之差。

基本定理第二面

找到任一原函数,定积分只需算两端之差。

若 F′=q,则从 a 到 b 的累计量等于 F(b)−F(a)。这就是牛顿—莱布尼茨公式。

∫ₐᵇq(t)dt=F(b)−F(a)定积分结果不含 +C,因为两端相减会抵消常数。
累计表和速率表是一对:速率积分成累计,累计求导回速率。

仪表互检

速率积分成累计,累计求导回速率。

泵站用两张表互相检查:流量计积分应接近水量表增量;水量曲线斜率应接近流量计读数。

速率 ⇄ 累计基本定理连接了微分与积分。
累计表和速率表是一对训练场景

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。

设 F′(x)=f(x),则 ∫ₐᵇf(x)dx 等于?
再读一遍

互动实验 · 一张速率表配一张累计表FTC · A′=q

累计的斜率,正是当下的速率

上面是速率 q(t)——每一刻流入多快;下面是累计 A(x)=∫ₐˣq(t)dt——到 x 为止一共流入多少。移动 x:上图那块面积一格格填满,下图累计曲线随之升高。关键在于,累计曲线在 x 处的斜率,恰好等于此刻速率 q(x)——这就是微积分基本定理 d/dx∫ₐˣq=q(x),把"求面积"和"求导"扣成了一对。

上:速率 q(t) 下:累计 A(x) 速率 q(t) 累计 A(x)=∫q