1、再谈微积分之谜.doc

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1、再谈微积分之谜 一个数学方程式以它独特的淸晰条理,优雅结构,以及广义的普适性来精确地描述现实,为几个世纪科学发展史所证实.数学是人类对自然科学规律的结晶,是人类活动中无所不到,但它又指导着各种学科领域的展开.物理学陷入困境的根源在数学,必须对数学的根本改造与拓展,为此必须重新寻找新的分析工具. 17世纪社会生产的发展,推动了自然科学的发展从而使数学从研究常数运算发展到研究变数运算;从分析有限量问题发展到分析无限量问题.于是,要求数学革命的形势就摆在了人们的面前 在这种形势下,英国数学家、哲学家、物理学家牛顿(Isaac Newton,公元1642.12.25~1727.3.20),德国数学家、哲学家、数理逻辑学家、自然科学家莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz,公元1646.7.1~1716.11.14),分别于公元第1661~1670年间和公元第1671~1680年间,各自以无穷小量为基点,分别创立了微积分理论,所以叫做无穷小量分析法.牛顿用路程的改变量ΔS与时间的改变量Δt之比ΔS/Δt表示运动物体的平均速度,让Δt无限趋近于零,得到物体的瞬时速度,并由此引出导数概念和微分学理论.他意识到极限概念的重要性,试图以极限概念作为微积分的基础,他说:“两个量和量之比,如果在有限时间内不断趋于相等,且在这一时间终止前互相靠近,使得其差小于任意给定的差,则最终就成为相等”.但牛顿的极限观念也是建立在几何直观上的,因而他无法得出极限的严格表述.牛顿所运用的极限概念,只是接近于下列直观性的语言描述:“如果当n无限增大时,an无限地接近于常数A,那么就说an以A为极限”.dx既等于0又不等于0的矛盾之谜.例如求函数y = x2的导数时,令自变量x变化无穷小增量dx≠0,则y随之变化增量dy,所以y +dy = (x+dx)2 = x2+2xdx+(dx)2.上式两边同减去相等的量y和x2得dy = 2xdx + (dx)2.因为dx是无穷小增量而非0,即dx≠0,所以上式两边同除以dx得dy/dx = 2x+dx.因为dx是无穷小量,因此可以看作或认为dx = 0,所以导数为y′= (dy/dx) =2x+dx=2x+0=2x. (1)这样,求得的导数y′=2x虽为真值,但却留下了dx≠0和dx= 0的矛盾之谜,叫做微积分之谜;因为主要是贝克莱指出了这个谜,所以该谜又叫做贝克莱悖论;因为该谜200年后仍未揭开,所以该谜还叫做第二次数学危机[ 第一次数学危机为],并因此成了著名的世界数学大难题.瑞士数学家、力学家、物理学家欧拉(Leonhard Euler,公元1707.4.15~1783.9.18),希图发明既等于0而又不同于0的新数,从而达到了揭开微积分之谜的边缘,但最终还是功亏一篑.,它可以和任意一个有限数相乘所得结果仍然是无穷小,但可以作为分母,因此不是零.莱布尼茨的小于任意一个指定量,同时也是非零的.这种思想并不容易理解和接受.无穷小的工作在整个世纪都遭到包括Bishop Berkeley、D’Alembert等人的攻击和质疑. 到公元第19世纪中叶前后,法国著名数学家柯西(Augustin Louis Cauchy,公元1789.8.21~1857.5.22)等人,以=的这个问题,是捷克斯洛伐克数学家、哲学家波尔查诺(Bernard或Bernhard Bolzano,公元1781.10.5~1848.12.18)、法国大数学家柯西(Augustin Louis Cauchy,公元1789.8.21~1857.5.22)、德国大数学家维尔斯特拉斯(Karl Theodor Wilhelm Weierstrass,公元1815.10.31~1897.2.19)、戴德金(Julius Wilhelm Richard Dedekind,公元1831.10.6~1916.2.12)、康托尔(Georg Ferdinand Philip Cantor,公元1845.3.3~1918.1.6)等人于公元第19世纪中叶创立的、并于公元第1871~1880年间才趋于成熟的“标准分析法”中的结论. 19世纪中叶,柯西等人用极限学说修改了微积分,把dx≠0和dx=0的矛盾用极限符号掩盖起来,叫做标准分析法,例如标准分析法求函数y = x2的导数时,令自变量x变化任意增量Δx≠0,则y随之变化增量Δy,所以y +Δy = (x+Δx)2 = x2+2xΔx+(Δx)2.Δy = 2xΔx + (Δx)2.Δy/Δx =2x+Δx.. (2)或在Δx→0的条件下有 (Δy/Δx)=? (2x+Δx)=2x+0=2x. (2),式(1)左数第

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