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微分

什么是微分

　　如果对于函数y=f(x)，存在dy=f’(x)dx，称dy是y的微分或f(x)的微分。

　　如果换一种写法：

　　这实际上就是莱布尼茨对于导数的记法，它和导数表达了同一个意思。

　　重新审视导数的含义，其公式：

　　导数表示的是两个无穷小量的比，dy和dx就是这两个无穷小量：

　　过去我们把dy和dx叫做Δy和Δx。

用微分求解近似值

　　示例：64.1^1/3≈?

　　设y = x^1/3，当x = 64时，y = 4，x + dx = 64.1，dx = 0.1，代入微分公式：

微分法与线性近似的对比

　　示例也可以用线性近似法求解。设f(x) = x^1/3，x₀ = 64

　　根据线性近似公式：

　　两种方法的结果相同。结合线性近似公式和微分公式：

　　实际上线性近似是微分的一种应用。

示例

　　示例1，d(7x⁹ + 34 – 5u^-3) = ?

 　　根据导数的加法法则，

 　　d(7x⁹ + 34 – 5u^-3) = d(7x⁹) + d(34) – d(5u^-3) = 7×9x⁸dx + 0 – 5×(-3)x^-4dx = 63x⁸dx + 15x⁴dx

　　示例2，d(sinθcosθ) = ?

　　根据导数的乘法法则，

　　d(sinθcosθ) = (dsinθ)cosθ + sinθdcosθ = (cos²θ-sin²θ)dθ

 　　示例3，

不定积分

什么是不定积分

　　上面的式子就是不定积分表达式，称作g(x)dx的不定积分，其中G(x)的导数是g(x)，即G(x)是g(x)的反导数。g(x)的反导数又叫做g的不定积分，∫就是积分符号。

　　示例1，∫sinxdx

　　求解sinxdx的不定积分，实际上是求解谁的导数是sinx。如果G(x)=-cosx，则G’(x)=sinx，所以∫sinxdx = -cosx + C，其中C是一个常数，之所以叫不定积分，就是因为有了这个常数。∫sinxdx是不定的，因为我们并没有给出一个确定的函数。

　　示例2，∫x^adx

　　示例3，∫dx/x

不定积分的唯一性

　　不定积分的唯一性：如果f’(x)=g’(x)，则f(x) = g(x) + c

　　以下给出证明：

　　设F=f(x)，G=g(x)，如果f’(x)=g’(x)，则(F – G)’ = F’ – G’ = 0

　　常数的导数是0，所以F-G是一个常数，即f(x) – g(x) = c => f(x) = g(x) + c，证毕。

　　唯一性也是不定积分成立的基础。

求解不定积分

　　不定积分的求解远比求导困难的多，很多时候甚至发现根本无法求解，这里仅记录两种最常用的求解方法：换元法和猜测法。

换元法

　　示例1，∫x³(x⁴+2)⁵dx

　　这个不能一眼看出答案了，使用一种称为换元法的方法求解。

猜测法

　　做过大量练习后就可以使用猜测法直接猜测不定积分的结果，这应该成为首先尝试的求解方法。

　　示例1，

 　　这个例子在换元法中出现过，现在使用猜测法求解。

　　 示例2，∫e^6xdx

　　示例4，∫sinxcosxdx

　　猜测sin²x => dsin²x = 2sinxcosxdx => ∫sinxcosxdx = sin²x/2 + C₁

　　∫sinxcosxdx的另一个答案是 -cos²x/2 + C₂

　　如果将两个答案相减，得到(sin²x+ cos²x)/2 + (C₁ - C₂) = 1/2 + (C₁ - C₂) = C，两个函数的相减的结果是一个常数，即这两个函数是同族函数。

示例

　　示例1，

　　示例2，∫e^2xcos(1-e^2x)dx

　　使用换元法，令u = (1-e^2x)， du = -2 e^2xdx

　　∫e^2xcos(1-e^2x)dx =∫cos(1-e^2x) e^2xdx =∫u (-1/2)du = -sinu/2 + C = -sin (1-e^2x)/2 + C

　　示例3，∫4x(5x²-1)^1/3dx

 　　这个又要靠猜测法了，猜的(5x²-1)^1/3的反导数。

　　d(5x²-1)^4/3 = (4/3) (5x²-1)^1/3(10x)dx = (40/3)x(5x²-1)^1/3dx，与目标很相似

　　∫4x(5x²-1)^1/3dx = (3/10)(5x²-1)^4/3 + C

　　示例4，∫tanxdx

　　∫tanxdx = ∫(sinx/cosx)dx

　　使用换元法，令u = cosx， du = -sinxdx

　　∫(sinx/cosx)dx = ∫-du/u = -ln|u| + C = -ln|cosx| + C

积分表

　　以下是25个基本不定积分公式：

总结

　　1.微分表达式：dy = f’(x)dx

　　2.不定积分表达式：G(x) = ∫g(x)dx

　　3.不定积分的唯一性：如果f’(x)=g’(x)，则f(x) = g(x) + c

　　4.用换元法和猜测法求解不定积分

　　作者：我是8位的

　　出处：http://www.cnblogs.com/bigmonkey

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数学笔记11——微分和不定积分

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