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微分

微分

除了对正确答案贡献最大的那一部分,其他部分全部忽略不计,这种思维方式似乎只能得到近似的结果。如果输入的变化量是有限的(就像我们在前文中给2加上的0.001),那么事实的确如此。但如果输入的变化量是无穷小的,这种思维方式反而会使结果变得精确;我们不会犯丝毫的差错,因为最大的那个部分变成了全部。而且,正如我们在本书里看到的那样,无穷小的变化量恰恰是我们理解斜率、瞬时速度和曲线下方面积所需要的东西。

为了理解这种思维方式的实际效果,让我们回到前文的例子中,计算一个略大于2的数的立方。只不过我们现在要把2变为2+dx,其中dx表示无穷小的差分Δx,这个概念本质上没什么意义,所以不用想太多,关键是学会如何利用它使微积分运算变得轻而易举。

特别是前文中将(2+Δx)3展开为8+12Δx+6(Δx)2+(Δx)3的计算过程,现在我们可以把它缩减得更简单:

(2+dx)3=8+12 dx

那么,像6(dx)2+(dx)3这样的其他项去哪里了?答案是:我们舍弃了它们。作为超小和超超小的无穷小量,它们与12dx相比是完全微不足道的,因此可以忽略不计。但是,我们为什么要保留12dx呢,它和8相比不也是微不足道的吗?尽管事实的确如此,但如果我们把它也舍弃了,就无法考虑任何变化量了,答案将一直是8。所以秘诀在于,想要研究无穷小的变化量,就必须保留涉及dx的一次方的项,而忽略其他项。

对于这种利用dx之类的无穷小量的思维方式,我们可以从极限的角度重新加以表述,使其变得十分合理和严密,这就是现代教科书的处理方式。但是,使用无穷小量的方法更简单也更快,在这种背景下,它们对应的术语是微分。之所以取这样的名字,是因为我们把它们看作Δx和Δy的差,这些差趋于极限值0。就像我们在显微镜下观察抛物线时看到的那样,随着放大倍数的增加,曲线变得越来越直。

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