積分學

微積分基本定理(fundamental theorem of calculus)

微積分基本定理揭示了一個發現:微積分的兩大運算——求變化率(求導)與求總量(積分)——彼此恰好是逆運算,就像乘法與除法一樣。它說,把無窮多個微小變化加起來,就還原成淨變化;而一個變化率的「累計總和」,自身正以那個變化率在增長。這就是那座橋,它把微積分從兩門分立的學問合併成了一門。

它有兩部分。第一部分:如果你用一個累積的積分來定義函數,A(x) = integral from a to x f(t) dt,那麼它的導數恰好就是被積函數:A'(x) = f(x)。對累計總和求導,又交還了變化率。第二部分(求值部分):如果 F 是 f 的任意一個原函數,那麼 integral from a to b f(x) dx = F(b) - F(a)。你計算總量的辦法,是撤銷一次求導,再把兩個端點的值相減。

它為何具有革命性:定積分本是定義為黎曼和的極限——一個看上去無法用手算完成的無窮過程。第二部分說,你根本不必去算。與其把無窮多個薄片相加,不如找一個原函數,做一次減法。幾個世紀以來分別對切線和對面積所做的工作,原來是同一台機器的兩個視角;這一統一由牛頓與萊布尼茨在十七世紀末系統化,正是它開啟了現代科學與工程。

integral from a to b f(x) dx = F(b) - F(a), where F'(x) = f(x)

第二部分:把原函數在兩個端點的值相減,即得定積分。

第一部分需要 f 在區間上連續,A'(x) = f(x) 才成立;第二部分同樣依賴 f 在從 a 到 b 的整段區間上連續(且 F 是其原函數)。

又稱
FTC微积分基本定理微積分基本定理