用幾何方法“回味”導數原理的真諦

我們隨意翻開一本數學分析,對下面的圖形都不陌生,求導就是求函數的斜率,耳熟能詳。

這些都是從純數學分析的角度得出的結論,比較抽象,今天我們從幾何原理出發尋找導數的直觀原理。

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

首先畫出X^2的圖象:

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

增加微小的dx就變成

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

因為dx實在太小,所以可以忽略到就得到

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

所以正方形導數的幾何含義:就是每單位增加量引起的面積變化率,如果x等於6,那麼面積的變化率就是12。

再來看立方體:三個邊均增加dx

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

增加的體積就是:

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

因dx實在太小可以忽略不計就得到:

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

所以立方體的導數就是:每單位增加量引起的體積的變化率

從圖像上看立方體的導數正好是條拋物線,斜率開始很大,接著接近0,又慢慢變大,且關於y軸對稱。

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

這是反比例函數的圖形,可以看出它的面積始終等於1

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

當增加dx時,會看到縱座標下降,原有面積減小,新增加的面積等於原有圖像減少的面積

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

所以得到反比例函數的導數

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

我們來看三角函數的導數情況:

首先弧度制中圓的周長就是:θr,因半徑是1,所有圖中圓弧增加dθ時,縱座標增加d(sinθ)

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

因為dθ增加時和大三角形是成比例的,所以圖中的大三角形和dθ情況下的三角形相似

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

所以得到一個美麗的結果:鄰邊比斜邊就等於cosθ,就得到了sinθ函數的導數等於cosθ

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

圖中我們自己可以感知下sinθ的斜率變換,0點時最大,90度時最小,接著又變小,180度時達到最小值,這正是cosθ函數的變換情況。

用幾何方法“回味”導數原理的真諦

感興趣的朋友可以試著推導下cosθ函數的導數。其實在上圖中也是一目瞭然,只是將θ換到了90-θ的位置而已。


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