微分積分学には、「微分積分学の基本公式」と呼ばれる定積分と原始関数を結ぶ関係式がある。 をと置き、「はの原始関数」のように書かれる。
一般に、微分は被微分関数の傾き、積分は被積分関数の面積として教えられる。 ところが、微分積分の基本公式では微分の結果を積分するため、両立できない。 このため、図による直感的な説明が少ない。
しかし、微分と積分が傾きや面積など図形概念と直結している。 また、後に学ぶベクトル解析の3大積分公式*1*2*3の習得・挫折にも直結している。 このため、微分積分学の基本公式は、図で直感的に理解できた方が圧倒的に有利になる。
これに対し、凌宮数学では、微分積分学の基本公式の図による直感的説明を考えた。 3大積分公式への繋ぎを考慮し、面積での積分の図示を諦め、 微分と積分のもう一つの図示方法を用いる。
問題を簡単にするため、まず1つの変数だけについて考える。 軸上に2点とがあれば、区間ができる。 区間の長さは2点の差分と呼ぶ、と定義できる。
次に、区間の等分を考える。 各区間の端点をととすると、その差分はと定義できる。 単純に分割しているため、を繋ぎあわせると必ずになる。
式1: *4
ここで、無限に分割すると、分割数をに、はに近づく。 に近づけたをと書くと、このが全微分と呼ばれるもう一つの微分となる。 式1は分割数に無関係に成り立つため、無限に分割した場合でも同様の式が成り立つ:
式2:
要点を簡潔に纏めると、
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