由 ? x? dx 中 n 逼近 -1 時所想到的……

由 ? x? dx 中 n 逼近 -1 時所想到的……

普通的冪函數 f(x)=x^n,原則上一積分,便是 int x^n {
m d}x=frac{x^{n+1}}{n+1}+C;變成定積分的話(假設下界為 0),則為 int_0^x x^n {
m d}x=frac{x^{n+1}}{n+1}。然而讓我著迷的地方,則是 n 在不斷靠近 -1 時的過程,其中為了方便講解,我們將 n+1 換元為 t,於是就變成研究 t 在不斷靠近 0 的過程:

我們發現這個積分過後的函數越來越「跳」了——跑得越來越往上去了,但是其圖像則是趨向穩定;如果我們從負數一則開始靠近,我們得到:

這次則是一個不斷「墮落」的過程了——跑得越來越往下來了,但是其圖像同樣趨向穩定。

既然這個函數圖像往兩個方向逃跑,但得到的卻是某個穩定的圖像,我們如何讓它「乖乖站好」呢?現在咱們把 int_0^x x^n {
m d}x=frac{x^{n+1}}{n+1} 積分下界的 0 修改成 1,變成 int_1^x x^n {
m d}x=frac{x^{n+1}-1}{n+1} 後,我們仍然將 n+1 換元為 t,得到圖像:

不難發現我們要的不就是那個神秘的 t=0 的結果,當然我在這裡只能給 0 打引號,畢竟無法直接推測出來,而要靠極限來求:

lim_{t
ightarrow0}frac{x^t-1}t=ln x

好了,我們對於普通的冪函數的積分 int x^n {
m d}x,終於衝破了 n=-1 時的禁區,只是我們要換個角度看函數圖像,不是經過原點 (0,0),而是經過 (1,0) 來研究。

【下面的幾何題與上文無關。】

left{egin{matrix}1+m^2=x^2\frac{m^2+n^2-1}{2mn}=frac{sqrt3}2\frac{1+n^2-left(1+x
ight)^2}{2n}=-frac12end{matrix}
ight.

left{egin{matrix}m^2-sqrt3mn+n^2-1=0\n^2+n-1-2sqrt{1+m^2}-m^2=0end{matrix}
ight.

推薦閱讀:

【不等式】均值不等式及其應用
一些「自殘」的作者和他們的書
數學倒底有什麼用?
君子豹變:吳文俊的百年數學人生(下)
分析和代數原理(7)

TAG:微積分 | 數學 | 探索 |