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第338章 专题三:极限与微元思想理解变化率与累积量(1 / 2)

春节的余韵还未散去,校园里的红灯笼在寒风中轻轻摇曳。图书馆自习室里,凌凡站在白板前,手中的粉笔已经写下了今天专题的核心——极限与微元思想。

这是整个现代科学的基石,他的声音在安静的自习室里显得格外庄重,也是我们理解变化世界的最深刻工具。

苏雨晴面前摊开着一本大学先修教材,这是她寒假特意借来的。我预习了一下,这个概念确实很抽象。

林天点头:但一旦理解了,很多高中知识会变得异常简单。

赵鹏则一脸茫然:极限?微元?听起来就头疼。

让我们从一个最朴素的问题开始。凌凡在白板上画了一条曲线,怎么求这条曲线在某一点的切线斜率?

按照初等方法,这几乎是不可能的。曲线上的点无限接近,斜率在不断变化...

这就是极限思想要解决的问题。凌凡在曲线上取两个点,让它们无限靠近,当两点之间的距离趋近于零时,割线就变成了切线。

他在白板上演示了这个过程:两点距离从1到0.1到0.01...割线斜率逐渐趋近一个确定的值。

我好像有点懂了,赵鹏若有所思,就是让变化的过程无限细分,直到看到瞬间的状态?

正是如此。凌凡赞许地点头,这就是微分——研究变化率。

接下来是积分思想。凌凡提出了另一个问题:怎么求这条曲线下的面积?

曲线是不规则的,传统几何方法无能为力。

用微元法。凌凡把曲线下的区域分割成无数个极细的矩形,每个矩形的面积近似等于高乘以无限小的宽。把这些无限小的面积加起来,就是曲线下的总面积。

他在白板上画出了分割的过程:从粗陋的几步分割,到细致的几十步分割,再到理论上的无限分割...

天啊,苏雨晴轻声惊叹,所以积分就是把无限多个无穷小量加起来?

可以这么理解。凌凡说,微分研究瞬间变化,积分研究累积效果。它们是一枚硬币的两面。

专题的深度在下午达到了新的高度。凌凡开始展示这些思想在物理中的应用。

瞬时速度怎么定义?他问。

位移对时间的导数。林天立即回答。

没错。凌凡在白板上写下推导过程,当时间间隔趋近于零时,平均速度的极限就是瞬时速度。这就是微分思想。

他又举了另一个例子:变力做功怎么计算?

苏雨晴思考片刻:把过程无限细分,在每个微元上力近似不变,计算微功,然后积分。

完全正确。凌凡画出图示,这就是积分思想。

最让赵鹏震撼的是在化学中的应用。当他们用微元思想理解反应速率时,一切都变得清晰起来。

瞬时反应速率,凌凡讲解道,就是浓度变化对时间的导数。而总反应量,就是速率对时间的积分。