牛顿没有定义极限,他的结果为什么是对的

数理土豆饼课程 2024-03-28 00:51:11

我们现在学习微积分,一般的教材第一章通常是讲极限,连续。现代教材里的极限定义是牛顿发明微积分一百多年以后,由法国数学课柯西提出来的,现在微积分教材里的许多内容,是由欧拉命名的,也是由欧拉提出来的,那欧拉整个生活的时代,也没有现代的极限定义。那问题来了,这些数学家都没有用现代的极限定义,好像不严密,那他们提出的内容和计算的结果为什么都是对的?

牛顿 微积分发明人

我们现在眼中的不严密,并没有影响到他们的思维和计算。

在现代极限提出以前,好多数学家的研究微积分的目的在于解决力学和几何问题 。可以把原函数理解为距离随时间变化的方程,导数理解为速度随时间变化的方程,这样思维的话,任何自身不连续或者导数不连续的函数,立马就在直觉中出现异常,因为物体不可能出现突然跳过一段距离的运动轨迹,也不会没有连续加速度,速度突然跳变。也可以把原函数理解为曲线,导数理解为切线,同样也可以通过直觉找出断点曲线和不光滑曲线的异常之处。牛顿的力学体系,万有引力方程和牛顿第二定律加速度方程,从现代看,都是连续可导的,所以研究力学问题时,现在有人构造的许多分段函数,以及一些处处连续,处处不可导的奇怪函数,都不在考虑和研究范围内。

微积分可以用来计算小行星的轨道

后来柯西提出现在教材里说的极限概念,就是用类似计算机流程化的计算步骤,来代替以前数学家所用的视觉化,形象化,直觉化思维,这些流程化步骤,对于直觉化思维不好的一部分学习者来说,有助于说明问题,可以减少学习过程中的疑惑。用计算流程来代替运动轨迹以及几何想象,一个不好的方面是思考的速度降低了 直觉也没有了。类似原来遇到一个问题,画成图形,很快就可以找到解决问题的方向,采用了现代的极限定义以后,类似于现在思考的过程不画图形了,脑中也不想象运动视频了,变成些代数方程和计算机循环以及判断语句了。遇到问题,如果别人给出解答方案,步骤是清楚了。但是自己遇到新问题,很长时间找不到思路。也就是别人对问题的答案可以看懂,可以慢慢琢磨,但是别人是如何想到这样解决问题的,其思路来源,隐藏的更深了。遇到现实问题,如何和结合和应用理论来解决,因为少了视觉化,直觉化思维的帮助,反应也更加迟钝了。

现在的一些微积分教材,通篇都是某某函数,在定义域内连续,在闭区间内可导,然后有某某某定理或公式,这些套话重复了无数遍。那关于研究那些不符合条件的函数,微积分可以如何应用,有哪些结论,基本没有说。 这就类似于 汽车发明以后,主要应用于正常海拔,正常温度的环境下,后来又有人捣鼓出了可用于高海拔缺氧环境下的汽车,也有人捣鼓出了可以应用于寒带,气温非常低的环境下的汽车。现在要培训普通环境下的汽车驾驶员,汽车使用手册上,每一句开头都是 当汽车在低海拔,正常温度的环境下时,可以按以下流程使用,这也有些啰嗦。培训寒带特种汽车驾驶员才有必要加这些话。

特种车辆

一个人去工厂流水线上上班,做入职培训的时候,厂方会把流水线上的这个岗位 的动作反复讲解,让工人练熟。如果工人问产品生产的整个流程,以及这个流程对整个生产流程的意义,以及整个生产工艺过程的历史发展,改进重组经过,流程和具体机器设备的关系,厂房就不乐意了。不止是工厂,一些软件开发公司,互联网公司,也对整个开发过程做了模块化,分割化,流水化处理,每个人只知道和负责其中的一小部分。对整个流程设计,整体规划和设计思路,进行了刻意掩盖和隐藏,以防止技术人员掌握了整体以后,和它竞争。

按说 ,大学是培养创新型人才的,学生对整体的理解越深,越有利于创造。微积分作为大学的基础课,对学生的创新性思维的形成有重要作用。 可是一些大学教材,把微积分课程搞得类似于流水线上工人的操作手册,把主要精力放在一些流程动作的练习和熟练性掌握上。

工厂的流水线

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