關於大學物理 為什麼質量連續分布的物體當做質點系,求質心時就要把求和改為積分?

時間 2021-05-31 07:01:28

1樓:TiAmo

積分就是求和,當然兩者在數學上有很大差別,然而我們在研究物理問題時往往不需要太過於嚴謹的數學體系,所以在物理上將積分理解為求和不會有太大影響

2樓:

「rc=∑MiRi/m 」中,距離座標原點Ri的質點的質量就是Mi。這就是不連續分布,較簡單。

但現實中巨集觀中,乙個有確切質量的物體,具備一定幾何尺寸,不可能是個沒有體積的點,因此到座標原點的距離是一段範圍,不會是乙個確定的Ri,沒有辦法直接套」rc=∑MiRi/m 」這就是連續分布。

因而我們使用微積分,使用極限的思想,無限分割,那麼在極限狀態下,「每一塊」都具備了確定的r,」每一塊「的質量為dm,這時問題就變成不連續分布了,Mi換成dm,Ri換成r,總質量當然還是m,有限次求和變成無限次求和,亦就是∑換成∫。即得:rc=∫rdm/m

兩個公式本質是一樣的。

定積分的思想就是:分割近似求和取極限

3樓:

因為它本來就是積分,在遇到不連續的特殊情況下(比方說質點這種理想模型),被積函式變成了一系列delta函式,積分退化為「對有限個點求和」

4樓:qfzklm

記住一條,積分就是求和。求和一般是指有限項的求和,積分則是無限項的求和。

回到問題上,rc=∑MiRi/m是求和,所以在處理連續系統時在概念上直接拓寬求和的定義,在數學表達形式上將求和改為積分,rc=∫rdm/m。

在這個意義上,將積分理解為求導的逆運算是完全不準確的,而且丟掉了物理上最重要的直覺性的東西。積分這個東西,儘管數學書中先教不定積分,再教定積分,並約定不定積分是是求導的逆運算,對函式的不定積分得到函式的原函式,定積分則得到原函式在邊界上的差值。

但是要知道,積分這個東西,是先有的定積分,後有的不定積分。至於數學書上怎麼說,那是數學的邏輯,數學為了邏輯嚴格性,可以暫時扔掉直覺性,但是在學習時,仍需要先學習其直覺性,再學習其嚴格性。課本上將邏輯,在課堂上則需要講直覺,這是很多大學數學老師的不足,也是同學們自學數學的一大誤區。

首先從微元法出發理解什麼是積分。

將求和區間等分為n等份,並在斷點處取函式值作為函式在每個小區間上的估計值,這樣得到乙個依賴於n的求和估計值。隨後計算n越來越大的情形,並得到乙個極限,這個極限才是定積分的值

以上關於定積分的定義,是依據n等份做出的,不妨叫做"等分積分",一般在高中稱為微元法

大學中教的積分,一般只有黎曼積分。黎曼積分和上述「等分積分」的不同之處在於,放寬了分割區間的方式,同時放寬了函式在每個小區間上的估計方式。區間可以任意分割,只要最後分的份數趨於無窮多就行。

函式在每個小區間上可以任意估計,在小區間上隨便哪個點都可以作為估計值。黎曼隨後證明,在分割的份數越來越多時,存在一大類函式,都使得最後的求和存在極限。這個極限被定義為黎曼積分的值。

還有更多的求和方式,比如勒貝格積分等,在這裡就不贅述了。

總之,積分的原始定義,就是求和。一般我們所說的求和,因為算數的限制,比如加法之定義了兩個數的和,通過結合律我們可以同時也只能進行有限多項的求和。一半對於離散體系,算數加法就夠用了,所以我們懶得使用積分等手段去處理問題,才說求和。

對於連續系統,涉及到無窮多個物件的加法,在這個過程中不可避免地要廣義化「求和」這個概念,於是我們說積分。

在本質上,這兩個是一致的。

回到問題上,三個問題一併回答。

rc=∑MiRi/m是求和,所以在處理連續系統時在概念上直接拓寬求和的定義,在數學表達形式上將求和改為積分,rc=∫rdm/m。

這裡沒啥好推倒的內容,有限項怎麼推,連續情形就怎麼推,因為在概念上直接拓寬範圍就好了,相應修改表示式的形式。

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