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在微积分中为什么f(x)dx是小矩形的面积?

这个回答的关键是理解 微分 dx 的意义,我们需要从头说起:


对于 大部分 函数 y = f(x),人们发现其对应的曲线 是”光滑“的,基于生活的经验:

光滑的表面,局部是没有棱角的,是平直的。

这翻译成数学语言 就是:

”光滑“的函数 的 局部变化近似于线性函数。

具体写成公式如下:

其中,Δy 表示 函数 y 在 每一个 x 点 附近,因为 局部变化量 Δx 的变化 而引起 的局部变化量;微分 dy = A(Δx) 是一个线性函数,它可以保持线性性运算:

  • A(Δx₁ Δx₂) = A(Δx₁) A(Δx₂)

  • A(kΔx) = kA(Δx)

利用上面的性质二,有,

A(Δx) = A(Δx⋅1) = ΔxA(1) = A(1)Δx

当 A 确定时,A(1) 是常数,于是,令,

K = A(1)

则,微分可表示为:

dy = KΔx

再结合前面的公式,有:

f(x Δx) - f(x) = KΔx o(Δx)

K = (f(x Δx) - f(x)) / Δx - o(Δx) / Δx

等式两边取极限,有:

令,

称 y' 为 y 在 x 点的导数。

于是,

K = y'

微分表示改写为:

dy = y'Δx

考虑,Δx 就是 函数 y = f(x) = x 的局部变化量,对于 y 有:

dy = y'Δx = 1⋅ Δx = Δx

而,

dy = df(x) = dx

于是,我们得到:

从而,得到最终的微分形式:


在了解了 微分 dx 的意义以后,就很好回答题主的问题了:

在 f(x)dx 中:

  • dx = Δx 是 在 x 点 附近的 一个 局部变化量,对应 x 轴上的 区间 [x, x Δx](或 [x Δx, x]);

  • f(x) 是 x 点 的函数值,对于 Y 轴上区间 [0, f(x)] (或 [f(x), 0];

于是, f(x)dx 就是 以 |Δx| 为底边 以 |f(x)| 为高的矩形面积。

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