用几何方法“回味”导数原理的真谛

我们随意翻开一本数学分析,对下面的图形都不陌生,求导就是求函数的斜率,耳熟能详。

这些都是从纯数学分析的角度得出的结论,比较抽象,今天我们从几何原理出发寻找导数的直观原理。

用几何方法“回味”导数原理的真谛

首先画出X^2的图象:

用几何方法“回味”导数原理的真谛

增加微小的dx就变成

用几何方法“回味”导数原理的真谛

因为dx实在太小,所以可以忽略到就得到

用几何方法“回味”导数原理的真谛

所以正方形导数的几何含义:就是每单位增加量引起的面积变化率,如果x等于6,那么面积的变化率就是12。

再来看立方体:三个边均增加dx

用几何方法“回味”导数原理的真谛

增加的体积就是:

用几何方法“回味”导数原理的真谛

因dx实在太小可以忽略不计就得到:

用几何方法“回味”导数原理的真谛

所以立方体的导数就是:每单位增加量引起的体积的变化率

从图像上看立方体的导数正好是条抛物线,斜率开始很大,接着接近0,又慢慢变大,且关于y轴对称。

用几何方法“回味”导数原理的真谛

这是反比例函数的图形,可以看出它的面积始终等于1

用几何方法“回味”导数原理的真谛

当增加dx时,会看到纵坐标下降,原有面积减小,新增加的面积等于原有图像减少的面积

用几何方法“回味”导数原理的真谛

所以得到反比例函数的导数

用几何方法“回味”导数原理的真谛

我们来看三角函数的导数情况:

首先弧度制中圆的周长就是:θr,因半径是1,所有图中圆弧增加dθ时,纵坐标增加d(sinθ)

用几何方法“回味”导数原理的真谛

因为dθ增加时和大三角形是成比例的,所以图中的大三角形和dθ情况下的三角形相似

用几何方法“回味”导数原理的真谛

所以得到一个美丽的结果:邻边比斜边就等于cosθ,就得到了sinθ函数的导数等于cosθ

用几何方法“回味”导数原理的真谛

图中我们自己可以感知下sinθ的斜率变换,0点时最大,90度时最小,接着又变小,180度时达到最小值,这正是cosθ函数的变换情况。

用几何方法“回味”导数原理的真谛

感兴趣的朋友可以试着推导下cosθ函数的导数。其实在上图中也是一目了然,只是将θ换到了90-θ的位置而已。


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