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如何用求和符号写出一系列相加的矩形面积?

相加的矩形面积序列可以通过识别公共宽度因子和高度的一般项来用求和符号表示。由于每个矩形的宽度为 1n\frac{1}{n},且第 kk 个矩形的高度为 f(kn)f\left(\frac{k}{n}\right),总面积近似值为这些乘积从 k=1k=1 到 nn 的和。这被压缩为表达式 1n∑k=1nf(kn)\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n} f\left(\frac{k}{n}\right)。

适用条件

  • 区间 [0,1][0,1] 被分成 nn 等份。
  • 第 kk 个矩形的高度在右端点 kn\frac{k}{n} 处评估。
  • 索引 kk 的范围是从 11 到 nn。

理解与推导

  1. 识别每个矩形的宽度为 1n\frac{1}{n}。
  2. 识别第 kk 个矩形的高度为 f(kn)f\left(\frac{k}{n}\right)。
  3. 将第 kk 个矩形的面积写为乘积 1nf(kn)\frac{1}{n} f\left(\frac{k}{n}\right)。
  4. 对所有 kk 从 11 到 nn 的这些面积求和。
  5. 提取常数宽度 1n\frac{1}{n},得到紧凑的求和符号表示:1n∑k=1nf(kn)\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n} f\left(\frac{k}{n}\right)。

例子

视频将展开形式 1nf(1n)+1nf(2n)+⋯+1nf(nn)\frac{1}{n}f\left(\frac{1}{n}\right)+\frac{1}{n}f\left(\frac{2}{n}\right)+\cdots+\frac{1}{n}f\left(\frac{n}{n}\right) 重写为 1n∑k=1nf(kn)\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n} f\left(\frac{k}{n}\right),解释说 1n\frac{1}{n} 是公共宽度,f(kn)f\left(\frac{k}{n}\right) 是第 kk 个矩形的高度。

容易误解的地方

  • 忘记在求和内部或外部正确包含宽度 1n\frac{1}{n}。
  • 混淆索引 kk 与极限 nn;kk 是运行索引,而 nn 是划分的总数。
  • 假设求和从 k=0k=0 开始;对于 [0,1][0,1] 上的右端点评估,通常从 k=1k=1 开始。

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