正如牛顿所言,若知函数的导数,便可借助微积分的基本定理,以积分之法求得原函数。此乃微积分的精髓,亦是数学物理学解微分方程的基石。本文将以棱锥为例,践行牛顿的理念,探究微积分的强大威力。
棱锥V-ABC中,设高AH =H,底面三角形⊿ABC的面积为S。过VH任意一点H’,作平面A'B'C'//ABC,与三棱分别相交于A',B',C',与VH相交于H’。则有:AB//A’B’,BC//B’C’,CA//C’A’。且AH’⊥平面A'B'C'。故⊿ABC与⊿A'B'C'同角,相似。令三角形⊿A'B'C'的面积为s,则:
图1
连接A,H,H',B;连接A',H',H'.B';则AH//A'H',HB//B'H',AB//A'B'。故⊿ABH与⊿A'B'H'同角,相似。
由此得s关于h的函数关系式,其定义域为(0,H]。
设棱锥V-A'B'C'的体积为v,当H'变化时,v也随之改变。故v也是h的函数,我们求解:
在平面A'B'C'附近一点,再作一平行于ABC的平面,与AH相交于H’’,与对应棱相交于A’’,B’’,C’’,设⊿h=H’H’’. 现过A’,B’,C’;A’’,B’’.C’’分别向平面A”B”C”与A’B’C’作垂直线,与对应平面相交,形成两个棱柱,刚好包含所截取的棱锥部分。设所夹棱锥部分的体积为⊿v。
先求出微分形式,即导数,再求原函数,不仅可用于计算体积和面积,在物理学中有着更广泛的应用,是数学物理学中的基本技巧之一。正因如此,牛顿在科学史上被誉为第一人。