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附加数学 · 在混合微积分题中找回解题方法

微分还是积分:看所求的量

两种技能你都会,但文字题一来就选错工具。

方法取决于题目给了什么、问什么。由总量求变化率,用微分;由变化率求总量,用积分。

本课是混合微积分题选方法的第一课,需要微分的法则和定积分的计算。

已知与所求对照表

已知 所求 方法
位移 s(t) 速度 微分
速度 v(t) 加速度 微分
速度 v(t) 区间内的位移 积分
流量 R(t) 区间内的总水量 积分
梯度 dy/dx 过某点的曲线 积分
一条曲线 切线、梯度或转折点 微分

例题一:一个函数,两个问题

质点的速度是 v = 3t² − 4t m/s。求 t = 2 时的加速度,以及 t = 0 到 t = 2 的位移。

加速度。 由速度求变化率,所以微分:a = dv/dt = 6t − 4。t = 2 时,a = 12 − 4 = 8 m/s²。

位移。 由速度求总量,所以积分:(3t² − 4t) 从 0 到 2 的积分是 [t³ − 2t²] 从 0 到 2,等于 (8 − 8) − 0 = 0 m。

位移是零,表示质点最后回到出发点。但路程不是零,因为质点先向后退,再向前走。

例题二:流量

水以 R = 6 − 0.5t 升每分钟的速度流入水箱,0 ≤ t ≤ 8。求流入的总水量。

题目要由变化率求总量,所以积分:(6 − 0.5t) 从 0 到 8 的积分是 [6t − 0.25t²] = 48 − 16 = 32 升。

这里 R 始终是正数(t = 8 时是 6 − 4 = 2),所以没有水流出。

会丢分的写法

常见的错误是:题目问总量,却对变化率微分。

题目 错误 正确
8 分钟内的总水量 dR/dt = −0.5 ∫₀⁸ R dt = 32 升

动笔之前,先把所求的量划线。如果它是随时间累积的总量,就该积分。

自测

单车手的速率是 v = 4t − t² m/s,0 ≤ t ≤ 4。求最初 3 秒内的路程,以及 t = 1 时的加速度。

答案

路程:在这个区间内速率是正数,因为 0 < t < 4 时 4t − t² = t(4 − t) > 0。积分:[2t² − t³/3] 从 0 到 3 = (18 − 9) − 0 = 9 m。

加速度:a = dv/dt = 4 − 2t。t = 1 时,a = 2 m/s²。

接下来学什么

继续读用切线条件求未知系数。也可以用多项式积分与面积探索器 (英文)练习两种工具。

想请老师陪你反复练习选方法,可以了解线上一对一附加数学补习。

常见问题

最快的判断规则是什么?

问自己:是从总量求变化率,还是从变化率求总量?总量到变化率是微分,变化率到总量是积分。出现梯度、切线、转折点这些词,也指向微分。

哪些词提示要积分?

总量、曲线下的面积、所经过的路程、区间内的位移,以及「已知梯度求函数」,都提示积分。给了导数再加上曲线上的一点,就是要求原函数。

速度、位移和加速度之间是什么关系?

位移微分得速度,速度微分得加速度。反过来,加速度积分得速度,速度积分得位移。箭头的方向,就是你要用的方法。

一道题可以同时需要微分和积分吗?

可以。同一个速度函数,微分得加速度,积分得位移。把题目的每一小问分开读,各自选工具。

如果丢分发生在选方法这一步,一对一课堂里老师可以给你一叠没标明方法的题目,让你先分类再计算。

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