第25-3章 二次函數圍成面積
(一)
薔薇叢的蛻殼大致完成了,各處零零散散還有崩裂的聲音,現在的薔薇叢和在水池天體上的周邊海域都成了危險海域,大約需要一個月的時間來讓薔薇叢的崩殼穩定下來。
愛麗小窩在薔薇叢高處,就沒有受到崩裂是直接影響,下方枝丫振動時,也只是抖了些灰塵在愛麗小窩。
「天子,在畫什麼呢?」快樂愛麗在客廳,看著熾天子畫在紙上的線條。
「哦,這就是條二次函數曲線,沒什麼的。」熾天子說著,拿起紙端詳著函數曲線。
「仔細和我說說嘛,天子。」快樂愛麗撒嬌一樣,因為她看著熾天子在畫圖算二次函數圍成的面積,居然沒有用微積分來計算。
「好吧,我下面仔細說。」熾天子深呼喚著,整理思路。
(二)
熾天子先畫了個直角坐標系,這樣的坐標系是笛卡爾坐標系的直角形態。
然後畫上函數:哇等於哎的平方,這個圖像,然後在圖像與哎軸圍成的區域上畫上陰影,就取哎軸上的範圍零到一之間,記錄這個面積為「啊」,這個圖為圖零。
然後畫哎軸的一到二區域的面積,圖為圖一,這個區間上,哇軸上的零到一的區域,就形成面積為一的正方形,這個正方形上面的剩下的圍成的陰影面積,記錄標記為「嗶」。
標記好後先進行一個證明:哇等於哎的平方,在哎軸零到二的區間圍成的面積為「啊」的八倍。
「前面的都理解嗎?——當然,就畫圖標記嘛。」熾天子和快樂愛麗解釋交流著,可得清楚這個語言描述模式,雖然沒有數學那樣高效,但還是要儘可能說清楚點。
繼續,證明如下:首先將哇等於哎的平方的圖形長寬乘以二,得到圖二,圖二的函數曲線解析式就等於:二倍哇等於哎的平方,寫作哇等於二分之(哎的平方)。
由於長寬放大二倍的關係,圖二的哎軸上零到二圍成的面積是圖零的四倍,即圖二零到二區間的面積為四倍「啊」。
再將哇等於二分之(哎的平方)朝哇軸放大兩倍,函數解析式就等於哇等於哎的平方,圖二正好放大變換成了圖一。
因為這個哇軸放大二倍的關係,可得,圖一為圖二面積的二倍,故,圖一為圖零面積的二乘四等於八倍。
(三)
快樂愛麗仔細梳理著,這兩個變換的確是讓面積成倍數,而恰好是能讓圖二變換成圖一,也正好證明了圖二是圖零面積的八倍,即,圖二面積為八「啊」。
「我理一下,圖零指的是哇等於哎的平方上哎軸零到一與曲線圍成的投影面積,而圖一指的是哇等於哎的平方上哎軸零到二與曲線圍成的投影面積,圖一面積證明為八「啊」。」熾天子強調著上面的證明,快樂愛麗點點頭。
熾天子繼續畫圖,在圖一上畫圖,畫出哎等於一,哎等於二,哇等於一,三條直線將圖一分隔成三份,圖上可以看從左到右和從下到上,三份區域分別為圖零,正方體,和剩下的「嗶」面積的圖。
「接下來,建立個局部坐標系,就以圖一的(一,一)點為原點,那麼「嗶」面積的圖的解析式就是——哇等於{(哎的平方)減去(二倍哎)}。」熾天子說著,不過熾天子沒法說清楚標點符號表達的計算優先級,於是一邊說,一邊寫在草稿紙上。
「這個新函數在哎軸零到一上圍成的面積就是「嗶」,記錄該圖為圖四。」熾天子繼續強調著,生怕漏掉了什麼關鍵邏輯。
「嗯,這個函數的解析式用解析式的原點變換就能算了,也可以用三點法代入重新算這二次函數。」快樂愛麗一邊補充著,期待熾天子接下來的計算。
(四)
接著,用哇等於{(哎的平方)減去(二倍哎)}這個函數,減去哇等於哎的平方的函數,主要就是右邊的解析式相減,在哎軸零到一上,表達出的圖像操作,就是圖四減圖零,得到又一個新函數,哇等於二倍哎,正好把前面兩個函數中的哎的平方這項給減去了。
而哇等於二倍哎,在哎軸零到一上,圍成的面積,就用三角形面積計算,一乘二除以二等於一。
綜上,表達成圖形面積就是:「嗶」減去「啊」等於一。
繼續,從圖一的構成來看,圖一面積為八倍「啊」,圖一中圖四面積為「嗶」,可以得出「嗶」的表達式:「嗶」等於八倍「啊」減去「啊」再減一。減去的單獨的「啊」就是圖零,後面減的一就是前面說的正方形。
整合下得出二元一次的方程組:
「嗶」等於七倍「啊」減一。
「嗶」減「啊」等於一。
故,解得「啊」等於三分之一,「嗶」等於三分之四。
「所以,綜上所述,這個圖零的面積就等於三分之一,也就是說,哇等於哎的平方在哎軸零到一上投影圍成的面積就是三分之一。」熾天子說著最後解出的結論,快樂愛麗再次梳理著。
「喔喔,好巧啊,就通過圖形和函數變換的方法,就算出了二次函數的和哎軸圍成的面積。」米字愛麗說著,她感嘆著這個巧妙的發現。
「不過還是用微積分的方法來算快些,如果一些函數的圖像複雜起來,不一定保證能用同樣的方法來這樣減去面積。」熾天子說著。
(五)
快樂愛麗給熾天子整理著這個小小的發現,雖然計算過程只取了零到一來算,其實是還能形成擴展變換的,就是把哎軸上的一替換成一個任意未知數,然後再以未知數代入計算上面的過程,如果最後得出的結果是和這個未知數相關的三分之一倍數,那就說明這個方法證明了這個圖形法的二次函數的計算通用性。
「那要不試試三次函數,四次函數?」快樂愛麗問著。
「不了,現在都到凌晨了。」熾天子說著,然後洗洗睡了。