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黎曼和中单个矩形的面积是如何由划分宽度和右端点处的函数值构造的?

单个矩形的面积是通过将子区间的宽度乘以所选采样点处的函数高度来构造的。在视频的具体构造中,区间 [0,1][0,1] 被分成 nn 等份,使得每个矩形的宽度为 1n\frac{1}{n}。高度由在子区间的右端点处评估函数 f(x)f(x) 来确定,对于第 kk 个矩形,该点为 kn\frac{k}{n}。因此,第 kk 个矩形的面积为 1nf(kn)\frac{1}{n} f\left(\frac{k}{n}\right)。

适用条件

  • 区间是 [0,1][0,1]。
  • 区间被分成 nn 个等长子区间。
  • 高度在每个子区间的右端点处评估。
  • 函数 f(x)f(x) 在 [0,1][0,1] 上有定义。

理解与推导

  1. 将区间 [0,1][0,1] 分成 nn 等份。
  2. 识别每个子区间的宽度为 1n\frac{1}{n}。
  3. 定位第 kk 个子区间的右端点,其 x 坐标为 kn\frac{k}{n}。
  4. 在该右端点处评估函数 f(x)f(x) 以找到高度:f(kn)f\left(\frac{k}{n}\right)。
  5. 将宽度乘以高度以计算第 kk 个矩形的面积:1nf(kn)\frac{1}{n} f\left(\frac{k}{n}\right)。

例子

视频明确地将第一个矩形的面积写为 1nf(1n)\frac{1}{n} f\left(\frac{1}{n}\right),第二个写为 1nf(2n)\frac{1}{n} f\left(\frac{2}{n}\right),指出宽度是 1n\frac{1}{n},高度是划分点处的函数值。

容易误解的地方

  • 混淆矩形的宽度与端点的 x 坐标。
  • 假设高度是函数在子区间上的平均值,而不是特定采样点处的值。
  • 认为当取极限 n→∞n \to \infty 时,矩形面积公式会改变;对于有限的 nn,公式仍然是宽乘以高。

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