積分學

黎曼和(Riemann sum)

黎曼和是你在還不知道任何巧妙捷徑之前,測量曲線下方面積的辦法:你用一排細長的矩形鋪滿那塊區域,算出每個矩形的面積(不過就是寬乘高),再把它們加起來。曲線是彎的,矩形永遠貼不嚴——但你切得越細,剩下那點誤差的邊角料就越無關緊要。這跟在地圖上鋪一張方格網、數格子來估計湖面面積是同一個直覺。

嚴格地說,要近似函數 f 在從 a 到 b 這段區間上的累積量,你把區間切成 n 個小段,每段寬 dx(常寫作 delta-x),在每一段裡挑一個取樣點 x_i,再作和 f(x_1)dx + f(x_2)dx + ... + f(x_n)dx,記作 sum f(x_i) dx。高度 f(x_i) 可以取在每段的左端(左黎曼和)、右端(右黎曼和)或中點(中點和)——選法不同,但當切片縮小時都收斂到同一個值。

黎曼和是定積分背後的腳手架,而不只是個粗略估計。定積分的定義,正是當切片寬度 dx 趨於 0、切片數量無限增多時這些和的極限。所以當矩形變得無限薄,近似就不再是近似,而成為精確值。要注意 f(x_i) 可以是負的,這時它對應的矩形算作負面積——黎曼和追蹤的是帶符號的淨累積量,而不只是幾何面積。

sum from i=1 to n of f(x_i) dx, with dx = (b - a)/n

把 n 個細矩形的面積相加;讓 n 增大以逼近精確值。

對任何固定的切片數量,左和、右和、中點和一般給出不同的數;它們只有在切片寬度趨於 0 的極限下才一致。

又稱
Riemann sums黎曼和黎曼求和