这是《机器学习中的数学基础》系列的第14篇,也是微积分的第7篇。
前面几章我们都是在讲各种函数的求导,也就是求微分。今天开始我们将会介绍微积分的另一半——积分。
函数积分得到原函数 反函数也有原函数
在正式介绍之前,我们还是先来看一个小例子。假设有一辆汽车以速度v从A点匀速行驶到B点,所用时间为t,那么汽车行驶过的距离s是多少?很简单,距离=速度x时间,s=vt。用图像来表示就是:
如图所示,我们所求的距离s就是绿色部分的面积。注意,我们把距离转换为了面积。好,现在我们的问题升级了。假如汽车不是以匀速行驶呢?也就是说,a乘x的原函数是多少,假设汽车从A点启动,到B点停止,期间速度v在一直变化,所用时间t,此时汽车行驶过的距离s又是多少呢?别急,我们还是先把v-t的图像画出来:
如上图,我们要求的距离s,就是v和t围成的绿色部分的面积。因为速度v在不断变化,好像我们无从下手。这里我们先假设汽车在某一段时间dt内的速度不变,一直是v(t)。用图表示如下:
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别急,我们再画一个图,是距离s和时间t的图像:
很容易得到,距离s的导数就是速度v(切线代表速度)。再看下用积分表示距离s的式子,现在我们是知道了速度v,想要求s。也就是说,我们想知道,哪个函数的导数是v呢?
好,我们的距离函数s已经求出来了,即s(t)=-t³/3+5t²+C。那我们想求t从0到10这段时间内所走过的距离,该怎么求呢?很简单,分别把t=0和t=10代入s(t)中,然后相减即可。即所求的距离为s(10)-s(0),这里我就不计算了,大家可以自行求解。
指数函数y=a^x的原函数是(a^x) /lna +C。(C为任意常数)解答过程如下:求一个函数的原函数,就是对这个函数积分。∫ a^x dx =(1/lna) ∫ (lna)×(a^x) dx =(a^x) /lna +C(C为任意常数)。
我们把上面的整个过程再用公式总结下,如果有F'(x)=f(x),那么就有:
其中,求解原函数时产生的常数C,在相减的过程中就抵消掉了。
最后,假设我们给定任意一个指数函数axⁿ,则它的原函数为:
好了,这就是今天的全部内容,欢迎留言讨论。