2024年11月2日土曜日

微分積分を考える根底

やさしい微分積分
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《積分の概念》

 以下の問題を考えます。
【問題1】 
 なぜ、三角錐の体積Vは、
体積V=底面積S×高さh×(1/3)
なのか。
 この公式は、何とか覚えられたと思いますが、
もっと、すっきり覚える方法が無いか?
と考えたことがあると思います。
 この問題は、以下の様に分析することができます。
この解に法則性があるように思われますが、
この問題は難しいので、これを解くための準備として、
この問題をもっとやさしくした以下の問題を先に解くことにします。

【問題2】
 なぜ、三角形の面積Sは、S=底辺L×高さh×(1/2)
なのか。
この問題ならば、上のような場合を考えて、解くためのヒントを見つけることができます。

この問題2で得られたヒントを拡張して、
以下の様に問題1を解析します。

【問題1(再)】
これは、以下のグラフの面積を分割して計算することに対応すると考えることができます。
(この計算で用いた2乗の数列の和の式はここをクリックした先のページにあります)

 このように問題を解析することで、後は、この2次関数のグラフの面積を与える法則性を把握すれば、この種の問題が自由に解けるようになることが理解できます。

 この様に、分割した要素の総計を求めてグラフの面積を計算する手法が積分という考え方です。

(積分の目的)
 これから学ぶ積分により、円の面積や球の体積が、なぜ、今まで教わってきた体積の公式であらわされるかの秘密が明らかにされる。更に、それ以外の種々の形の物体の体積も、積分を用いて計算できるようになる。それができるようになるために、これから微分・積分の基礎を学んでいくのである。

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