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接下来,我们利用链式法则来解决“奶牛微积分”问题!一条小河由东向西流淌(x轴),奶牛克莱拉站在小河北边1英里的地方,牛棚在克莱拉东边3英里、北边1英里的地方。克莱拉想去小河边喝完水后回到牛棚。请问,要使克莱拉行走的路程最短,我们如何帮它找到饮水点的位置?
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奶牛微积分:要使奶牛行走的路程最短,如何确定饮水点的位置?
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我们还可以用第7章介绍的“映像法”来验证这个答案。我们假设克莱拉喝完水之后,不是回到点(3, 2)处的牛棚,而是如下图所示走到牛棚的映像点B‘ (3, –2)处。
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利用映像法,也可以解决这个问题
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饮水点到点B‘的距离与到点B的距离正好相等。从小河北边的任意位置走到小河南边都必须越过x轴,其中距离最短的路线是点 (0, 1)和点 (3, –2)的连线。这条直线的斜率是 –3/3 = –1,与x轴相交于x= 1的位置。这种方法既不需要使用微积分,也不需要开平方!
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12堂魔力数学课 泰勒级数与你的银行存款
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在上一章的结尾部分证明欧拉公式的过程中,我们使用了下面这些神秘的公式:
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ex= 1 +x+++ …
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cosx= 1 –++ …
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sinx=x–++ …
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我们先针对这些公式做一些小游戏,再探究它们的由来。请大家对ex级数中的各项求导,并观察得到的结果。例如,根据幂函数求导公式,x4/ 4! 的导数是 (4x3) / 4! =x3/ 3!,正好是它的前一项。换句话说,如果对ex级数求导,结果仍然是这个级数,这与我们了解到的ex的特性一致。
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对x–x3/ 3! +x5/ 5! –x7/7! + …这个级数逐项求导,就会得到1–x2/2! +x4/4! –x6/6! + …,与正弦函数的导数是余弦函数这个结论一致。同样,对余弦级数求导,就会得到正弦级数的相反数。此外,请大家注意,我们从余弦级数可以得出cos0 = 1,而且由于所有的指数都是偶数,因此cos(–x)的值与cosx相等,这与我们了解到的余弦函数的特性一致。[例如,(–x)4/4! =x4/4!。]正弦级数的情况与之相似,我们发现sin0 = 0,同时,由于所有指数都是奇数,因此sin(–x) = –sinx。
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现在,我们来研究这些公式是如何产生的。本章已经介绍了大多数常用函数的求导方法,但有时候我们需要对函数进行多次求导,计算该函数的二阶、三阶甚至多阶导数,记作f”(x)、f”’ (x)等。二阶导数f”(x)表示点[x,f(x)]处函数斜率的变化率(亦称函数的凹凸性)。三阶导数表示二阶导数斜率的变化率,以此类推。
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