导数和变化率

之前解释过导数是切线的斜率,借此,本节来介绍导数的另一层含义:变化率。

1 导数和变化率

先来看看直观的理解。因为导数是切线的斜率,

  • 导数较小时意味着切线较为平缓,比如下图中函数点的切线,其所近似的点附近的曲线也较为平缓,这意味着点附近的函数值变化较慢,或者说点附近的函数值的变化率较小
  • 导数较大时意味着切线更为陡峭,比如下图中函数点的切线,这意味着点附近的函数值变化较快,或者说点附近的函数值的变化率较大

点的切线较为平缓,点的切线较为陡峭

再来看看代数上的推导。对于函数而言,相对增加了,对应的函数值增加了,如下图所示。两者的比值反映了由导致的的变化,也称为平均变化率;其极限就是瞬时变化率,即导数。

,以及其对应的函数增量

变化率在不同的场景下有不同的现实意义,下面就来看两个例子。

2 瞬时速度

比如将上面提到的函数修改为代表位移,代表时间,并且将相应的符号都进行修改,如下图所示。

,以及其对应的函数增量

那么表示的就是一段时间,而就是这段时间的位移,所以平均变化率就是平均速度,而导数就是瞬时速度。

3 密度

再比如将上面提到的函数修改为代表质量,代表体积,并且将相应的符号都进行修改,如下图所示。

,以及其对应的函数增量

那么表示的就是某体积,而就是该体积对应的质量,所以导数就是密度。

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