几何面积与符号
连续非负函数的定积分就是曲线下的面积;函数变号时,定积分给出正负抵消后的面积。
Charles队长 · 哔哩哔哩 · 0:53
动画把曲边梯形分割成竖直窄条,通过矩形面积之和解释定积分。对区间上连续且非负的函数,令分割的最大宽度趋于零,黎曼和趋于曲线与x轴之间的面积。若函数变号,定积分表示带符号面积,几何面积应对绝对值积分。
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依据视频画面与讲解整理,并非逐字语音转写。
先看区间 上的曲线 。曲线、横轴和两端的竖线围成要计算的区域。这里假设 连续且非负,因此曲线下方的高度可以直接作为窄条的高度。
把区间分成小段,在每段选取样本点 ,用高 、宽 的矩形近似这一小块面积。所有矩形相加,得到 。微元写法 概括了这种构造。
不断加细分割,使最大子区间宽度趋于零,矩形面积和的极限成为 。关键是最大宽度趋于零,单说矩形数量变多并不充分。如果函数有正有负,积分会使两侧面积相减;要算总几何面积,则用 。
连续非负函数的定积分就是曲线下的面积;函数变号时,定积分给出正负抵消后的面积。
窄条的高度取函数值,宽度取横坐标增量。用有限矩形近似,最后以极限获得准确面积。
在函数黎曼可积的前提下,分割的网格大小趋于零时,任意样本点的黎曼和都趋向定积分。仅增加分段数,不能保证最大分段宽度趋于零。
闭区间上的连续函数一定黎曼可积。定积分不要求处处可导,因而不能把“光滑”当作所有积分的必要条件。
对于连续非负函数,定积分表示由函数图像、水平轴以及区间端点处的垂直线所围成区域的精确面积。
适用条件:函数是连续的。;函数是非负的。;区间是闭区间 [a, b]。
采样点 ξᵢ 在每个子区间内被选择,以确定近似矩形的高度。函数值 f(ξᵢ) 作为高度,而子区间的宽度 Δxᵢ 作为底边。
适用条件:区间 [a, b] 被划分为子区间。;从每个子区间中选择一个点 ξᵢ。
对于变号函数,定积分计算的是净有符号面积,即从 x 轴上方的面积中减去下方的面积。为了找到总几何面积,必须对函数的绝对值进行积分,即 ||dx,以确保所有贡献均为正值。
适用条件:函数 在 [a, b] 上连续。;函数 在 [a, b] 内取正值和负值。
垂直条带的面积通过一个矩形来近似。矩形的高度由条带内选定的采样点处的函数值决定,宽度是子区间的宽度。
适用条件:区间被划分为子区间。;在每个子区间中选择一个采样点。
增加块数并不能保证每块的宽度缩小到零。如果某些块保持很宽,那些区域的近似误差就会持续存在,阻止黎曼和收敛到精确的积分。
适用条件:通过添加更多块来细化划分。;划分的最大宽度不一定趋于零。
当函数在区间上连续且非负,且划分的最大宽度趋于零时,黎曼和趋近于几何面积。这些条件确保矩形准确地填充曲线下方的空间,没有显著的空隙或重叠。
适用条件:函数 f 在 [a, b] 上连续。;函数 f 在 [a, b] 上非负。;划分的最大宽度趋于零。
划分的最宽子区间宽度(通常称为网格)必须趋于零,以确保黎曼和收敛于定积分。仅仅增加矩形的数量是不够的,因为单个矩形的宽度可能不会均匀缩小,留下空隙或重叠,从而阻止和准确逼近曲线下的面积。
适用条件:函数在闭区间 [a, b] 上连续。;划分被细化,使得最大子区间宽度趋于零。
记号 dA= 总结了一个薄垂直条带面积的构造。它表示函数高度 与无穷小宽度 dx 的乘积,捕捉了总面积是这些无穷小元素累积的思想。
适用条件:函数 连续且非负。;面积正通过垂直条带进行近似。