微分就是函数被局部线性化之后,当自变量发生变化后,这个线性函数的增量。
举个例子:函数 y = x^2 是个二次函数,当然是非线性函数。(1,1) 是其上的一个点,我们的目的是在该点附近把这个二次函数线性化。那怎么办呢?找到它在该点的斜率,做直线,当然在本题条件下,在(1,1)点的斜率是2;好了,我们可以写它在(1,1)处被线性化后的方程为:
(y-1) = 2 (x-1)
在这里: dy = y-1; 微分是线性化后线性函数的增量。当然自变量的微分也是在这个直线上取,在这里就是: dx = x-1。 如此就是 : dy = 2 * dx。 这就是微分的几何含义。
当然有人会问,老师在课堂里讲,它们应该都是无穷小啊,你怎么给放个有限量在这里呢?原因是这样,因为我微分是自变量的线性函数,当然我可大可小,不影响我斜率的计算结果。但如果你原函数是非线性的,那你自变量与函数增量的取值就有限制了,你自变量越大,原非线性函数增量越大,其计算出的近视斜率与真实的就相差越大,所以对非线性函数来说,你自能取无限小,精度才能赶上我这个线性函数的斜率。而对于我线性函数来说,无论自变量取多大,我的斜率计算就是你要求的,一点误差都没有。所以在我这个线性空间里,微分,及自变量,大小随便了。
从这个角度来说,一个函数在某一点可微,实际上是说,在这个点的附近可以线性化。
线性化概念很重要。我举个例子,假若说有个二维的旋转抛物面,如果我是个二位小爬虫,生活在这个旋转面里,当然我是看不到三维世界的。好了,如果我学了欧几里得几何学,说三角形三内角和是180度,我住在这个抛物面里,如果真的去度量,没有一处的三角形三内角和是180度的。当然你站在三维世界里,你会说,你是在曲面上,不是在平面上。可对我来说,我是二维小爬虫,我看不见我是在曲面上,我以为我是在平面上,那怎么办?所以我就要想办法,每到一个地方,都做一个局部的线性化空间。我做出来之后,你三维人类会说,呀,你这不就是切平面吗?对呀,但它对我二维小爬虫来说很重要,有了这个切平面,我就可以施展欧几里得那里的东西了,什么内积了,各种度量了,等等,研究的工具广泛着呢。
所以微分,就是一个函数线性化后,如果自变量发生变化,这个线性函数如何发生变化。如此而已。