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度规的意义
王小舟
齐齐哈尔广播电视大学,黑龙江齐齐哈尔(161005 )
E-mail :wangxiaozhou168@163.com
摘 要:本文以数轴为工具定义了度规和度规积分的概念,同时证明了在一定条件下度规积
分与黎曼积分等价。度规积分从另一个角度揭示了微积分的基本性质。最后指出度规是基于
度量的概念,度量离不开度规的存在。
关键词:度规;度规积分;度规导数;变度规实数轴;度规度量
中图分类号:o172;o4 -34 文献标识码:A
1. 引言
很久远的从前,人们就开始了对微积分探讨。320 年前,牛顿和莱布尼兹做了其中最重
要的工作,这就是被称作微积分基本定理的牛顿——莱布尼兹公式。
在莱布尼兹看来,微分dx 是一个无穷小量,而积分则是无穷多个无穷小量f(x)dx 的和。
莱布尼兹使用的微积分的记号一直沿用至今。[1]
莱布尼兹时代微积分的基础并不牢固,于是又有几代的数学家为此作出了艰苦的努力。
150 年前,Riemann 给出了现代数学分析教程中的和式极限的定积分定义。140 年前,
Weierstrass 给出了严格的ε-δ语言的极限定义。120 年前,Cantor 给出了完备的实数理论。
到此可以认为微积分已经建立了牢固的基础。微积分是许多代人智慧的结晶,我们可以列出
很长一串为微积分作出过贡献的数学家们的名单。[2] [3]
现在人们对于微积分的理解与莱布尼兹时代已经大不相同了,例如莱布尼兹的无穷小量
已经被大多数数学家抛弃了。[1] [4] [5]
目前的微积分的理论是不是已经完美了,至少我认为不是这样。暂且不说无穷小量的概
念是否合理,就定积分被解释作曲边梯形的面积,导数被解释作切线的斜率来说,这个解释
看不出积分和微分作为互逆运算有什么直接的联系。微积分的理论在人类认知大自然过程中
具有特殊的重要意义,没有微积分的理论不可能把人送上月球,也不可能把探测器送上火星。
微积分的理论在数学结构中具有特殊的重要意义,没有微积分的理论许多数学分支将失去基
础。一个事物可以从多个角度去观察和研究,从另一个角度去定义微分和定积分,从另一个
角度揭示微积分的基本性质,这个工作是有意义的。
2. 实数轴
我们承认实数轴的存在,并认为实数轴是对直线度量的结果。实数轴上的点与实数是一
一对应的。在一条直线上定义了原点、度量方向和单位长度以后,由欧几里得几何的尺规概
念可以确定实数轴上所有的有理点,由实数理论则可以定义实数轴上的所有无理点。[1] [6]
在一条直线上定义了不同的原点、度量方向和单位长度会定义出不同的实数轴。所有的
实数轴组成一个集合QR 。QR 中的实数轴y 简称为数轴y 或y 轴。
定义1:把一个已知数轴上的点所对应的实数称为这个点在这个数轴上的名称。
实数是实数集合的一个元素也表示数轴上的一个点,一个连续的实数的集合也表示数轴
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上连续的点的集合。数轴上连续的点的集合是一个有方向的直线、射线或线段。以后我们可
以用实数集合的区间符号表示数轴上点的集合。
定义2 :y 轴上的点的集合(a,b]称为y 轴上的一个向量,记做(a,b ]y 。
上面向量符号可以表示点的集合也可以表示向量的大小和方向。为了节约篇幅和便于读
者理解,暂时不讨论负向量。
3. 度规 度规微分 度规积分 度规导数 变度规实数轴
定义3 :度量y 轴时所用的单位长度和方向称为y 轴的度规,记做Dy 。就是 = 。
Dy (0,1]y
在度量y 轴时Dy 不变,称Dy 为常度规,y 轴为常度规数轴。对y 轴的度量可以表述
为(0, a
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