积分学
微积分基本定理(fundamental theorem of calculus)
微积分基本定理揭示了一个发现:微积分的两大运算——求变化率(求导)与求总量(积分)——彼此恰好是逆运算,就像乘法与除法一样。它说,把无穷多个微小变化加起来,就还原成净变化;而一个变化率的「累计总和」,自身正以那个变化率在增长。这就是那座桥,它把微积分从两门分立的学问合并成了一门。
它有两部分。第一部分:如果你用一个累积的积分来定义函数,A(x) = integral from a to x f(t) dt,那么它的导数恰好就是被积函数:A'(x) = f(x)。对累计总和求导,又交还了变化率。第二部分(求值部分):如果 F 是 f 的任意一个原函数,那么 integral from a to b f(x) dx = F(b) - F(a)。你计算总量的办法,是撤销一次求导,再把两个端点的值相减。
它为何具有革命性:定积分本是定义为黎曼和的极限——一个看上去无法用手算完成的无穷过程。第二部分说,你根本不必去算。与其把无穷多个薄片相加,不如找一个原函数,做一次减法。几个世纪以来分别对切线和对面积所做的工作,原来是同一台机器的两个视角;这一统一由牛顿与莱布尼茨在十七世纪末系统化,正是它开启了现代科学与工程。
integral from a to b f(x) dx = F(b) - F(a), where F'(x) = f(x)
第二部分:把原函数在两个端点的值相减,即得定积分。
第一部分需要 f 在区间上连续,A'(x) = f(x) 才成立;第二部分同样依赖 f 在从 a 到 b 的整段区间上连续(且 F 是其原函数)。
又称
另见