超好懂!微積分概念筆記:實務應用×具體解說×公式剖析,懂乘除法就能掌握微積分

超好懂!微積分概念筆記:實務應用×具體解說×公式剖析,懂乘除法就能掌握微積分 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

蔵本貴文
圖書標籤:
  • 微積分
  • 數學
  • 學習筆記
  • 公式
  • 應用
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  • 入門
  • 基礎
  • 解題技巧
  • 自學
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具體描述

現代人離不開的手機、個人電腦,
或是傢中的冷氣、冰箱、洗衣機等傢電,
都有賴於電腦的思考邏輯──數學運作。
而扮演其核心的微積分,
正是「最為實務應用的數學」呢!

  「大概知道怎麼算,但完全搞不懂為什麼要這樣算?」
  「雖然課堂中有上過,但完全不知道自己在幹嘛?」


  心中懷有類似疑問的人應該不少吧?本書是由第一線上的半導體工程師所寫的,不同於學校所教的微積分,一一詳細拆解微積分的真正意義。將微積分從嚴謹的數學定義中解放,將其拉進生活中具有微積分的思考之中,展現奠基於此的各種技術成果。從最簡單的地方開始介紹微積分公式是如何實用與活躍!

  車用GPS測速與定位、人臉辨識、烹飪溫度控製、飛行模擬器、商務金流、生物數量計算……,這些微積分應用每天都在身邊上演,透過具體易懂的解說,就算非理科生也能感受到微積分公式的數學魔力!

  本書主要針對以下3種類型的讀者撰寫:
  ①完全不懂微積分的讀者、因為想要理解「微積分」是什麼而拿起本書的讀者。
  ②希望能夠更加深入理解數學課所學的內容,因此找來本書當成預習、復習以及課本補充教材的學生
  ③原本就擅長數學,但希望能夠更深入理解的讀者,或是想要以更簡單易懂的方式傳授數學而拿起本書的數學老師。

  微積分之所以會讓人感到睏難,原因之一或許就在於學習順序。課本通常依照極限→微分→積分的順序教學。然而這麼一來,不就會讓學生因為複雜的微分定義而感到精疲力盡,從而失去學習的動力嗎?因此本書將順序反過來,首先介紹微積分的作用──積分求的是麵積,微分求的是斜率。而後說明計算方式,最後纔解釋定義。

  第1章 微積分能提供如此的觀點
  →提供一些日常生活中使用微積分的實例,譬如財務管
  理和車輛等(不使用數學公式)。

  第2章 微積分到底是什麼?
  →從國小學習的速度、時間與距離的關係來說明微積分的意義。如果你能夠理解這個部分,就能懂微積分是什麼(不使用數學公式)。

  第3章 為什麼要使用數學公式?
  →經過前兩章的說明,理解瞭微積分是什麼之後,接下來將說明以數學公式來錶現微積分的理由。想必能讓各位理解使用數學公式的優點。

  第4章 微積分在數學世界的地位
  →本章將呈現高中微積分的全貌,但隻會呈現全貌,不會去問「為什麼」。請先專心去看微積分這片「森林」。

  第5章 藉助無限的力量讓微積分更完美
  →本章將透過數學的背景來解釋第4章說明的微積分全貌為什麼能夠成立。雖然我盡量寫得容易理解,但讀完前4章的內容就足以學會微積分的計算,因此即使看不懂本章也不用擔心。

  第6章 微分方程式能夠讓我們預測未來
  →針對「預測未來」的微分方程式進行深入的數學說明。這個部分在本書當中屬於相對較難的內容。

  第7章 關於微積分的其他主題
  →本章整理瞭指數函數與三角函數的微積分、積分技巧等,雖然對於呈現微積分的整體樣貌並非必要,但這些都是學習微積分的重要主題。

  讓我們撥開數學公式的迷霧,徹底理解微積分是如何預測未來的世界!
 
好的,這是一本涵蓋微積分核心概念、強調直觀理解與實踐應用的圖書簡介。 --- 《微積分的直觀之旅:從基礎概念到實際應用的深度解析》 本書核心理念: 揭示微積分的本質,而非僅僅堆砌公式。我們相信,理解微積分並非高不可攀的數學殿堂,而是對變化世界的深刻洞察。 目標讀者: 對高等數學感到畏懼,渴望建立紮實直觀理解的初學者。 希望迴顧並深化基礎微積分概念的工程、科學及經濟學專業學生。 需要將理論知識轉化為實際解決問題能力的從業人員。 第一部分:預備知識與直覺構建——打破“高深莫測”的刻闆印象 在正式踏入微積分的領域之前,本書將首先構建堅實的數學直覺基礎。我們不會直接拋齣復雜的極限定義,而是從我們日常生活中觀察到的“變化”現象入手。 第一章:從變化中捕捉確定性 速率的精妙: 我們將從描述運動的平均速度(代數概念)過渡到瞬時速度(微積分的核心)。通過分析汽車的行駛圖錶,探討如何用越來越短的時間間隔來“逼近”某一瞬間的真實變化率。 纍積的藝術: 探討如何測量一個不規則形狀的麵積或不均勻變化總量。引入“分割與求和”的思想,為定積分的最終形式奠定直觀基礎。 極限的哲學: 極限不是一個遙不可及的終點,而是一種“趨近”的趨勢。我們將使用幾何圖形(如圓內接與外切多邊形)來形象化極限過程,使其不再是抽象的 $epsilon-delta$ 語言。 第二章:構建微積分的基石——函數與坐標係的深度協作 函數的“行為模式”: 詳細解析初等函數(多項式、三角函數、指數與對數函數)的圖像特徵、定義域與值域。重點在於理解這些函數如何描述自然界中常見的增長、衰減和周期性現象。 幾何直觀: 重新審視笛卡爾坐標係,強調斜率(一次變化率)和麵積(纍積效應)在幾何圖形上的具體含義,為後續的導數與積分操作提供視覺錨點。 --- 第二部分:微分學——剖析變化率的秘密 微分學是關於“如何測量瞬間變化”的數學工具。本書將徹底解析導數的幾何意義、物理意義及其代數計算方法。 第三章:導數的誕生——尋找切綫的傾角 從割綫到切綫: 嚴格闡述導數定義中,如何通過割綫斜率的極限來精確描述麯綫上某一點的瞬時變化率。 微分的符號係統: 詳細解釋 $frac{dy}{dx}$ 的意義,它不僅僅是一個分數,更是“$y$ 相對於 $x$ 的微小變化之比”。 核心微分法則的直觀推導: 恒定法則、冪法則、常數倍數法則、和差法則的幾何證明與直觀理解,而非純粹的公式記憶。 第四章:微分法則的實戰應用 乘積與商法則的“局部作用”: 通過分解復雜函數的微小變化,理解乘積和商法則如何保持函數整體行為的精確性。 鏈式法則: 深入解析“嵌套函數”的變化傳遞機製。這部分將用實例說明,如測量一個膨脹氣球錶麵積的變化率時,需要同時考慮半徑的變化率。 隱函數求導: 當變量之間關係復雜、不易分離時,如何運用鏈式法則進行間接求導。 第五章:微分學的應用與最優化 函數的“性格分析”: 利用一階導數判斷函數增減性、確定局部極值點(最大值與最小值)。 凹凸性與拐點: 二階導數揭示瞭變化率的變化速度——麯綫的彎麯程度。理解凹嚮上與凹嚮下,並準確找到函數的拐點。 實際優化問題: 通過大量的實際案例,如最大化利潤、最小化成本、設計最高效的容器形狀,展示導數在工程和經濟決策中的核心作用。 --- 第三部分:積分學——纍積總量與反嚮操作 積分學是微分學的逆嚮工程,它允許我們纍加無限多個微小部分,從而計算總量或麵積。 第六章:定積分的幾何與物理意義 黎曼和的直覺: 重新審視對不規則麵積的測量,如何通過不斷增加矩形的數量(寬度趨於零)來逼近真實麵積。 定積分的定義與符號: 明確 $int_a^b f(x) dx$ 所代錶的幾何含義——麯綫下的淨麵積。 物理意義的拓展: 從麵積到功的計算,展示定積分如何將瞬時作用(如變力做功)纍積為總體效應。 第七章:微積分基本定理——連接微分與積分的橋梁 革命性的洞察: 詳細講解微積分基本定理(FTC)的兩個部分。第一部分證明瞭積分的纍積函數是原函數(導數的反操作),第二部分提供瞭計算定積分的有效代數方法。 尋找原函數: 探討常見函數(冪函數、三角函數、指數函數)的原函數,強調“+ C”常數的重要性,解釋其代錶瞭纍積過程的初始狀態差異。 第八章:積分技巧與進階應用 基礎積分技術: 換元法(反嚮鏈式法則)的精細解析,分部積分法(反嚮乘積法則)的應用場景。 積分的應用擴展: 麯綫下的麵積計算: 求解兩條麯綫之間的麵積。 體積的構建: 圓盤法和薄殼法,如何通過鏇轉或分層來計算三維物體的體積。 弧長與麯麵麵積: 利用導數和積分的組閤來測量麯綫的實際長度。 --- 結語:微積分,理解世界的語言 本書的最終目標是讓讀者將微積分視為一種強大的思維工具,而非一套需要死記硬背的規則。通過幾何直覺、物理意義和細緻的代數推導相結閤,你將能夠自信地麵對任何涉及變化率和纍積量的挑戰。微積分不僅是數學工具,更是描述自然界、工程學乃至經濟模型的基本語言。 ---

著者信息

作者簡介

蔵本貴文(Kuramoto Takafumi)


  關西學院大學理學部物理學科畢業後,為尋求尖端物理學的實踐與學習場域,進入大型半導體企業工作。現在主要從事的工作是運用微積分、三角函數、複數等工具,以數學公式錶現半導體元件的特性並進行建模。此外,還以現役工程師兼作者的身份,撰寫以科學・技術為主的書籍(獨立撰稿),並參與商業書籍和實用書籍的撰寫(提供撰稿協助)。

  【著作】日文著作有《數學大百科事典:工作中使用的公式、定理、規則127》(翔泳社)、《分析學圖鑑:從微分、積分到微分方程和數值分析》(Ohm社);繁體中文著作則有《圖解半導體:從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》(閤著,颱灣東販)。
 

圖書目錄

前言
本書的閱讀方式(接續前言)


第1章 微積分能提供如此的觀點
1-1 利用微積分觀察病毒感染
1-2 汽車中所使用的微積分
1-3 利用微積分來分析金流
1-4 智慧型手機中的微積分

第2章 微積分到底是什麼?
2-1 「VTS」的關係與微積分
2-2 積分是求齣麵積的「超級乘法」
2-3 微分是求齣斜率的「超級除法」
2-4 利用微分預測彗星的軌道
2-5 利用微積分控製油溫

第3章 為什麼要使用數學公式?
3-1 使用數學公式以預測未來
3-2 什麼是函數?
重點 反函數
3-3 熟悉圖形吧!
3-4 如何建立數學公式
3-5 模擬的背後存在著微分方程式
3-6 支撐科技的微分方程式
3-7 數學公式的特徵
重點 如何看懂對數圖

第4章 微積分在數學世界的地位
4-1 用積分求麵積
4-2 用微分求斜率
4-3 導函數是「斜率的函數」
4-4 積分是微分的逆運算
4-5 微積分的結構
4-6 微積分使用的符號
4-7 微積分的計算方式
4-8 歐拉常數底為何如此重要?

第5章 藉助無限的力量讓微積分更完美
5-1 圓麵積公式真的正確嗎?
5-2 思考極限的理由
5-3 利用極限思考微分
重點 f'(x)=nxn-1對於自然數以外的n也成立
5-4 使用極限思考積分
重點 Σ符號的使用方法

第6章 微分方程式能夠讓我們預測未來
6-1 微分方程式是什麼樣的方程式?
6-2 運動方程式能夠預測物體的運動
6-3 微分方程式能夠知道化石的年代
6-4 計算生物的個體數
6-5 體重在赤道和北極會不同
6-6 微分方程式的極限

第7章 關於微積分的其他主題
7-1 指數、對數函數與其微積分
7-2 三角函數與其微積分
7-3 函數的增減
7-4 各種微積分技巧
7-5 也能利用積分來求齣體積和麯線長度

索引

圖書序言

  • ISBN:9786263791312
  • 規格:平裝 / 208頁 / 14.8 x 21 x 1.2 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

自序

  對許多人來說,高中所學的數學當中,最實用的就是微分與積分瞭(以下簡稱微積分)。

  因為學瞭微積分之後,就能從數字當中獲得兩倍以上的資訊。

  現代人不管擅長還是不擅長,都離不開數字。金錢、利益率、顧客人數、客單價、持續率、平均時間、周轉率、產能利用率、不良率……現代人的生活,不就是圍繞著這些數字打轉嗎?

  學習微積分之後,就能從這些數字當中抽取齣更多的資訊。

  優秀的人能夠聞一知十,學習微積分之後就能從原本的數字當中獲得加倍的資訊,因此看起來優秀是理所當然。

  話雖如此,就算不懂高中的微積分也不需要感到沮喪。因為微積分的本質,並不像在高中所學的那樣怪異複雜。

  我希望你能夠仔細閱讀本書的第一章。你至今用來分析數字的普通方法當中,就包含瞭許多微積分的概念。

  沒錯,將變化與纍積整理而成的數學體係就是微積分。

  你周圍的數字也充滿瞭微積分,但最能夠發揮其力量的就是理工領域。無論是行駛的車輛、飛行的飛機、通話的手機,還是幫助我們的機器人,都離不開微積分的力量。

  而這些文明利器當中,對於現代社會而言最重要的就是電腦瞭,因為電腦是世界上唯一能夠「思考」的非生物,而且在社會上的各個角落大顯身手。個人電腦不用說,無論是手機、車輛,還是冰箱、吸塵器、洗衣機等傢電,電腦都在裡頭發揮作用。

  換句話說,電腦就像在我們身邊,協助我們生活的夥伴。因此瞭解這位夥伴的思考邏輯就很重要吧?就和理解公司的同事、上司及部下的想法同樣重要。

  而電腦的思考邏輯就是數學。學習數學,以及其核心的微積分,能夠幫助我們理解電腦的「心情」。

  不好意思,現在纔自我介紹。我是半導體工程師藏本貴文。各位或許會覺得平常寫這種數學書的人,都是數學老師或是教育工作者。但我兩者都不是。

  我的專業領域是「建模」,這項工作沒有數學就無法成立。我在工作中運用三角函數、指數、對數、矩陣、複數以及微積分,以數學公式展現半導體元件的特性。

  所以我討論的不是作為學問的數學,而是「作為實務應用的數學」。世界上有許多由數學專傢撰寫的數學書,但一般人需要的說不定是我所使用的數學。
 
  我的女兒升高中瞭,而我教她數學與物理的機會也愈來愈多。在這樣的過程中,我發現數學難以理解的原因就在於太過抽象。

  我發現,當女兒說「這個問題我不懂」的時候,最容易幫助她理解的方法,就是在文字裡加入數字、繪製圖形或圖錶等,把抽象的敘述變得具體。

  舉例來說,日本的高中生就算再怎麼害怕數學,應該也沒有人不會計算「1+2」。

  但如果換成「x+2x」,或許就有學生不懂瞭。要是再換成「f(x)+2f(x)」,就算是原本數學還行的學生,都可能陷入苦思。儘管這些計算在本質上完全沒有不同。
 
  使用這些文字與符號的抽象錶現嚴重妨礙理解。當然,數學就是因為抽象化纔能有今天的發展。所以最後還是必須理解抽象錶現比較好。

  然而對許多人,尤其是對初學者而言,這些抽象錶現反而墊高瞭學習的門檻。
 
  所以本書徹底堅持採用具體的描述。如果非得使用x、f(x)、dy/dx 、∫之類的抽象文字與符號,就會加上詳細且具體的說明。

  除此之外,數學公式因為太過抽象而容易遭人厭惡。所以本書直到第2章為止都完全不使用公式。我有自信,即使是討厭公式的人,也很容易理解我對微積分的說明。

  那麼就歡迎來到微積分的世界。培養微積分的思維,必定能夠提高你處理數字的能力、滿足你的好奇心,幫助你在一定程度上理解電腦瞭心情。

  接著就來看看微積分的本質吧!雖然我很想這麼說,但請再稍微看一小段前言。我想就你的類型,給你一些使用本書的建議。

用戶評價

评分

這本書的封麵設計真的很吸引人,色彩搭配既活潑又不失專業感,讓人在書店裏一眼就能注意到。拿到手裏感覺很紮實,紙張的質感也相當不錯,閱讀起來很舒服。我一直對數學,特彆是高等數學有些望而生畏,總覺得微積分是高中、大學裏最難啃的骨頭之一,充滿瞭各種抽象的符號和復雜的推導過程,讓人望而卻步。這本書的標題裏提到的“超好懂”和“懂乘除法就能掌握微積分”這樣的宣傳語,雖然聽起來有點誇張,但確實在某種程度上激發瞭我購買的欲望。我希望它能像它的名字那樣,真正做到將復雜的概念簡單化,讓那些對數學有恐懼感的讀者也能輕鬆入門。從整體的排版來看,內容結構似乎做瞭精心編排,希望能看到圖文並茂的解析,畢竟視覺化的學習方式對於理解抽象概念幫助太大瞭。

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從內容組織的邏輯性來看,這本書似乎非常注重構建知識的內在聯係,而不是孤立地介紹各個知識點。我注意到,它並沒有急於展示復雜的積分和微分公式,而是花瞭大篇幅去鋪墊微積分誕生的曆史背景和它解決問題的核心思想,比如“變化率”和“纍積量”這兩個核心概念。這種從“為什麼學”到“怎麼學”的過渡處理,讓讀者能夠更好地理解這些工具的意義,而不是僅僅記住公式的錶象。我試著跟著書中的步驟自己推演瞭一小段,發現作者在關鍵的轉摺點處都設置瞭“停頓點”或“思考題”,強迫讀者停下來消化吸收,而不是囫圇吞棗地讀過去。這種互動式的學習設計,對於自我學習者來說簡直是福音。

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總體而言,這本書給我的感覺是“重在理解,輕在死記硬背”。我過去學習微積分的經曆告訴我,如果隻背下瞭公式卻不理解它背後的邏輯和應用場景,那麼學到的知識是極其脆弱的,很容易遺忘。這本書似乎在極力避免這種情況的發生。它似乎更像是一本“思維導圖”式的指南,把微積分這座看似宏偉的大廈,拆解成瞭無數個可以輕鬆搬運的磚塊。我感覺它更像是一本“工具書”與“入門教材”的完美結閤體,它不僅僅告訴你“怎麼算”,更重要的是告訴你“為什麼這樣算”。對於想要重新梳理基礎,或者希望用一種更直觀、更少數學焦慮的方式接觸微積分的朋友來說,這本書無疑提供瞭一個非常友好的入口。

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我拿到這本書後,立刻翻開看瞭幾章,感覺作者在嘗試用一種非常口語化、貼近生活的方式來講解微積分的基礎。這和我在學校裏接觸到的那種嚴肅、公式堆砌的教材形成瞭鮮明的對比。比如,當講到極限這個概念時,作者似乎沒有直接拋齣那些艱澀的$epsilon-delta$定義,而是通過一些日常的例子來引導思考,這一點非常關鍵。對於初學者來說,如果一開始就被各種數學語言“嚇住”,後麵就很難繼續深入瞭。我尤其欣賞作者在解釋每一個新概念時所采用的“循序漸進”的節奏感,仿佛一位耐心的老師在耳邊輕聲細語地講解,而不是冷冰冰地陳述定理。這種教學上的細膩處理,無疑大大降低瞭學習的心理門檻。

评分

這本書的版式設計也做得相當齣色,這一點在理工科教材中常常被忽略。大段文字的閱讀是枯燥的,但這本書似乎意識到瞭這一點,采用瞭大量的留白和清晰的區塊劃分。字體選擇上,正文字體清晰易讀,而公式和關鍵概念則使用瞭粗體或者不同的顔色進行強調,使得重點一目瞭然。更讓我驚喜的是,書中配的一些插圖和圖示,絕不是那種敷衍瞭事的示意圖,而是精心製作的圖形,能夠直觀地展示函數麯綫的變化、切綫和麵積的幾何意義。這些視覺輔助極大地幫助瞭我這種“視覺學習者”去構建腦海中的數學模型,讓我覺得原本晦澀難懂的麯綫和斜率似乎都變得具體可感瞭。

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