積分は何を1次元上げるのか?
積分は一次元上げる見方。
では何を1次元上げのか?
dの右の記号の要素である。
たとえば、dxならx。drならrである。
オレンジの中に、そのxやrがあるかである。
しかし、上の式のオレンジ内にxは見当たらない。
では、オレンジ内の1という数字は、xが姿を変えたものなのか?
そうである。
では具体的に見てみよう。
教科書に書かれてないこと
教科書でやの答えはrとなっている。
略さず書くとだ。
補足:指数の1は1次元を表している。 以後rに指数が無い時は1。
とは1次元の線を意味する。
次元が一つ上がって1次元のになったので、積分の前は0次元。
0次元とは指数が0
つまり、にある1の指数は0である。
では、である点が1次元の線になったのか?
違う。
という点である。
何かの0乗は1。よって、
drが作用するのは、このである。
はじめから書いてくれれば親切なのに、数学は効率重視。余計な事は書かないので非常にわかりにくい。
であれば、が姿を変えた1である。
は、その1すら消えてしまっているが、隠れて見えないである。
積分されるのは、このという点である。その点がdrで積分されてという1次元の線になるのだ。
そこで、の中のをdrという積分メガネで見ると、の指数の0は1増え1となり、その増えた次数を分母にもってくるので、
となる。
なるほど、0次元の点を積分メガネで見るとという線に見えるというわけだ。
最小線って長さはあるの?
drとは、1次元の性質をもった最小線を表している。
最小線なので、長さはほぼ0である。
ところで、というのはまだ具体的な長さをもっていない。1次元の性質をもった線であることだけを意味している。
そしてという線の長さを決めるのが、∫が指定する区間。それを積み重ねると、具体的な長さになる。
∫が指定する区間とは、∫の上下に表される数字の区間である。 たとえば、0から1までの区間であれば、
と表現する。
計算のやり方は簡単。 の答えはrだった。 そのrに、∫の上にある1を代入したものから、下にある0を代入したものを引けばよい。 よって、1-0=1となる。
区間を指定しなければ単に1次元の性質をもったという線である。(不定積分)
2という線にしたければ、 でもよいし、でもよい。
このインテグラルが指定する区間の計算は、かけているのでなく、足し合わせている。だから指数の次元は変わらない。
0次元の点が、積分操作によって1次元の最小線になるイメージはできただろうか?
練習問題
では一つやってみよう。
は?
drはどの値を積分しているのか?3か?
3はに分解できる。
すると式は、となる。
3にdrは作用しないから、そのまま∫の外に出せる。よってになる。
は積分メガネでやった通りrになる。
よって、となる。
との違い
上記がわかるととの違いもわかるだろう。
のyはdxの積分対象ではない。よって∫の外に出せる。dxにかかるのは、見えていないという1。
よって、=。
答えは、つまりxyとなる。