高三下∫ 微積分
定積分的平均值
Average Value of a Function
公式
平均值 = (1/(b−a))·∫[a,b] f(x)dx
連續量的平均要用積分算:總量除以區間長度。
白話解釋
離散資料的平均是「總和除以個數」。但溫度、速度這類**連續變化**的量有無限多個值,沒辦法一個一個加。
積分正好解決這件事:積分就是連續版的求和。所以 **平均值 = (1/(b−a))·∫[a,b] f(x)dx**——總量除以區間長度。
幾何意義很漂亮:這個平均值 m 使得高度為 m 的**長方形面積**,剛好等於曲線下的面積。也就是把起伏的曲線「抹平」成一個等面積的矩形。
**均值定理**進一步保證:如果 f 在 [a,b] 連續,那麼**一定存在**某個 c 使得 f(c) 等於這個平均值。也就是說,函數真的會在某一刻取到它的平均值——開車途中一定有某個瞬間,你的瞬時速度剛好等於全程平均速度。
注意平均值跟「最大最小值的中點」完全不同。f(x) = x² 在 [0,3] 的最大最小是 9 和 0,中點是 4.5;但真正的平均值是 (1/3)(9) = 3,因為函數在小的區域待得比較久。
這個概念在物理(平均功率、均方根值)與經濟(平均成本)裡都直接用得上。
什麼時候用
算平均速度、平均溫度、平均成本、交流電的有效值。
最容易錯的地方
- 忘記除以區間長度 (b−a)。
- 把平均值當成最大最小值的中點。
- 區間長度算成 b + a。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
f(x) = 2x 在 [0,2] 上的平均值是多少?
- 2
f(x) = x² 在 [0,3] 上的平均值是多少?
- 3
f(x) = 6 在 [1,5] 上的平均值是多少?