微积分基本定理的几何说明
书上对微积分基本定理的描述以及证明如下:
设 在闭区间上连续, 是在上的一个原函数,则:
给出的证明过程是:
因与
均是在上的原函数,只能相差一个常数,即:
让
所以
则:
令
得证。
这个证明比较突兀,尤其是
,一笔带过,很是气人,究竟为什么函数的积分和它的原函数之间有此种联系呢?并未说明,下面用数形结合的方式尝试说明这个问题。
首先,插入一个只要介绍微积分必会用来做例子的经典题目,求方程
在闭区间上的面积。
经典做法是,将区间平均分成n等份,每一份的长度是,那么面积S等于:
其中根据平方和公式:
所以
这个结果和通过微积分基本定理得到的结果是一致的。
接下来我们用上图一样的原来来证明微积分基本定理:
第一步,联接函数图形上n个分点相邻点,我们可以用这条线段的斜率作为导函数的近似。
设从原点开始的每个线段的为
则
那么,由于
可以表示成函数曲线和坐标轴以及定义域围城的图形的面积,也就是:
得证!