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速度と微分の関係

微分の最も重要な応用(ニュートンはまさにこのために微分を作った)は速度の定義である。速度は時間tを独立変数にして、座標(物体の位置)xを従属変数とした微分
v(t)=lim
{{\Delta x}\over {\Delta t}}で定義される速度は{\Delta t}\neq0でないと意味がないから、「有限の時間だけ待って、その間に進んだ距離を使って計算される量」だということになる。しかしでは例えば車のスピードメータが指している「時速60キロ(60 km/h)」は別に1時間待ってから測定するものではない。むしろ「瞬間の速度」というものが物理的には存在している。速度を座標と関連付けて計算する操作が微分である。
物理の世界で有名な小話に、スピード違反で捕まった人が警官に「時速100キロだ」と言われて、「いや、おれはまだ1時間も走ってない!」と答える、というのがある。時速100キロ(100 km/h)を「1時間で100キロ走る」と単純に解釈すれば「まだ1時間走ってないから時速100キロじゃない」ということになるが、速度はグラフの傾きで表現できるものなのだから、1時間走るのを待つまでもなく、(理論的には、\Delta t\to0でも!)「時速100キロ」は測定もしくは定義できるのである。
では、下のグラフで速度と微分の関係を直感しよう。
以下のグラフは、横軸時間で、縦軸が物体の位置および物体の速度である。
←ここをチェックすると、緑の棒グラフで速度が表示される。
ボタンを押すだけでなく、●は全てドラッグして動かすことができるので、任意の運動を作ることができる。いろいろとこの図で物体を動かして「速度」と「微分」の関係をつかんで欲しい。
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