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微积分 / 中文

微元法求曲边梯形面积

Charles队长 · 哔哩哔哩 · 0:53

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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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章节

0:00引入与设定0:15矩形近似与面积微元0:32取极限得出定积分公式

学习解说文稿

依据视频画面与讲解整理,并非逐字语音转写。

先看区间 [a,b][a,b] 上的曲线 y=f(x)y=f(x)。曲线、横轴和两端的竖线围成要计算的区域。这里假设 ff 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 ξi\xi_i,用高 f(ξi)f(\xi_i)、宽 Δxi\Delta x_i 的矩形近似这一小块面积。所有矩形相加,得到 ∑if(ξi)Δxi\sum_i f(\xi_i)\Delta x_i。微元写法 dA=f(x)dxdA=f(x)dx 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 A=∫abf(x)dxA=\int_a^b f(x)dx。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 ∫ab∣f(x)∣dx\int_a^b|f(x)|dx。

知识卡片

01

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。

A=∫ab∣f(x)∣ dxA=\int_a^b |f(x)|\,dx
02

面积微元

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。

dA=f(x) dxdA=f(x)\,dx
03

黎曼和的极限

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。

lim⁡∥P∥→0∑if(ξi)Δxi=∫abf(x) dx\lim_{\|\mathcal P\|\to0}\sum_i f(\xi_i)\Delta x_i=\int_a^b f(x)\,dx
04

连续性是充分条件

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。

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  • 定积分 讲解定位 0:34
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    矩形和解释定积分:在函数黎曼可积的前提下,网格大小趋于零时任意样本点的黎曼和都趋向积分。闭区间连续性是充分条件;非负函数给出曲线下面积,变号函数的总几何面积应对绝对值积分。

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