➕ 26/60 不定積分:為什麼工程模型一定會有常數?—— 那個 +C 不是多餘,而是物理記憶

導讀:沒有常數的模型,通常是錯的

在課本裡你會看到:

∫ f(x) dx = F(x) + C

很多人會問:

👉 為什麼一定要 +C?

👉 不加會怎樣?

工程上的答案是:

👉 不加,模型就失去歷史


一、什麼是不定積分?

不定積分表示的不是一條曲線,

而是一整個函數家族

數學表示:

∫ f(x) dx = F(x) + C

代表:

👉 所有導數等於 f(x) 的函數集合。


二、為什麼一定會出現常數 C?

因為:

d/dx (F(x) + C) = f(x)

不論 C 是多少,

微分後都會消失。

所以當我們用積分「反推」時:

👉 永遠無法知道原本的常數是多少

👉 只能保留成 C


三、工程語言:C 代表初始狀態

工程模型常見形式:

x(t) = ∫ v(t) dt + C

這個 C 表示:

👉 起始位置

👉 起始能量

👉 起始電壓

👉 起始電荷

也就是:

👉 系統一開始「記住」的狀態。


四、電容的實例

由電容關係式:

i(t) = C · dv(t)/dt

兩邊對時間積分:

v(t) = (1/C) · ∫ i(t) dt + C₀

其中:

👉 C₀ = 初始電壓


五、如果忽略常數會怎樣?

👉 波形整體上下偏移

👉 能量與電壓計算錯誤

👉 系統狀態判斷錯誤

工程上等同於:

👉 忘記系統的起點。


六、工程師如何決定 C?

透過:

👉 初始條件

👉 邊界條件

例如:

v(0) = 5 V

代入模型即可求出 C。


七、工程版一句話總結

+C 代表系統的記憶


八、本單元你應該建立的直覺

✔ 積分一定有 C

✔ C = 初始狀態

✔ 沒有 C → 模型不完整


🧮 單元練習題 1(速度 → 位移)

已知:

v(t) = 6t

且在 t = 0 時,位置 x(0) = 2 m

求:x(t)。


解題

x(t) = ∫ 6t dt

= 3t² + C

代入初始條件:

2 = 3·0² + C

C = 2

所以:

x(t) = 3t² + 2

工程直覺

👉 積分給你運動趨勢

👉 C 告訴你從哪裡開始


🧮 單元練習題 2(電流 → 電壓)

已知:

i(t) = 4 A(常數)

電容 C = 2 F

且 v(0) = 1 V

求:v(t)。


解題

v(t) = (1/C) · ∫ i(t) dt + C₀

= (1/2) · ∫ 4 dt + C₀

= 2t + C₀

代入:

1 = 2·0 + C₀

C₀ = 1

因此:

v(t) = 2t + 1

工程直覺

👉 電流決定電壓上升速度

👉 初始電壓決定整條曲線位置


本單元核心帶走一句話

在工程中,

沒有 +C 的模型,等於沒有記憶。


 

留言
avatar-img
강신호(姜信號 / Kang Signal)的沙龍
22會員
222內容數
「강신호(姜信號 / Kang Signal)」聚焦電信、網路與 AI 電子核心技術,解析 5G/6G、衛星通訊、訊號處理與產業趨勢,以工程視角輸出可落地的專業洞見,打造強信號的未來。
2026/01/27
定積分用來計算在有限時間或有限範圍內的累積結果,如電荷、能量與位移。工程師重視上下限,因為它代表資源邊界與安全範圍。定積分不是抽象數學,而是用來估算成本、能耗與系統實際代價的重要工具。
2026/01/27
定積分用來計算在有限時間或有限範圍內的累積結果,如電荷、能量與位移。工程師重視上下限,因為它代表資源邊界與安全範圍。定積分不是抽象數學,而是用來估算成本、能耗與系統實際代價的重要工具。
2026/01/27
積分在工程中的真正意義是「累積總量」,不只是曲線下面積。透過積分,工程師可將瞬間的高度、功率或變化率轉為區間或時間內的總影響,如面積、能量與訊號總量,作為設計與優化系統的重要依據。
2026/01/27
積分在工程中的真正意義是「累積總量」,不只是曲線下面積。透過積分,工程師可將瞬間的高度、功率或變化率轉為區間或時間內的總影響,如面積、能量與訊號總量,作為設計與優化系統的重要依據。
2026/01/27
積分的本質在於「累積」,工程師關心的不是瞬間大小,而是一段時間內總共留下多少影響。無論是電流、功率或速度,透過積分可得到電荷、能量與位移等總量。積分就像記帳,用來衡量歷史累積後果,是工程判斷的重要基礎。
2026/01/27
積分的本質在於「累積」,工程師關心的不是瞬間大小,而是一段時間內總共留下多少影響。無論是電流、功率或速度,透過積分可得到電荷、能量與位移等總量。積分就像記帳,用來衡量歷史累積後果,是工程判斷的重要基礎。
看更多