微积分基本定理
从第一性原理出发的单变量微积分
这是把整门课连接起来的定理。导数和积分,斜率和面积,看起来像两个分开的世界。微积分基本定理(FTC)说明它们彼此正好是逆运算。求导会撤销积分,积分也会撤销求导。
定义一个面积函数 A(x) = ∫ₐˣ f(t) dt,它表示从固定起点到 x 的 f 下方面积。第一部分说:这个面积增长的速率,正好等于右端点处曲线的高度:
直觉上:当你把右端点轻轻移动一点时,新增的小面积薄片是(高度)×(极小宽度)= f(x)·dx。所以面积以 f(x) 的速率累积。图中展示了面积如何填充,以及它的增长率如何跟随曲线高度。
在机器学习中的应用微积分基本定理解释了为什么我们能在密度和累积概率之间自由转换。概率密度函数(PDF)是累积分布函数(CDF)的导数,而 CDF 是 PDF 的积分:这正是第一部分和第二部分在工作。计算 P(a ≤ X ≤ b) = CDF(b) − CDF(a),字面上就是 FTC 第二部分。每当模型把密度转换成概率时,它都在使用这个定理。
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