10.27 為什麼要發明和使用微積分?

微積分作為初等數學和高等數學的分水嶺,在現代科學中有著極其重要的作用,微積分的發明也絕對堪稱人類智慧的結晶。

為什麼要發明和使用微積分?

在17世紀以前,很多數學家已經開始萌發了微積分的思想;比如中國古代數學家祖沖之利用割圓術求圓周率,阿基米德的微元法求體積、希臘數學家的極限思想等等。

隨著物理學方面的發展,很多物理問題的研究遇到了困難,比如:行星橢圓軌道的推導過程、最速降曲線問題、 曲線的切線問題、函數極值問題、複雜球體的體積問題等等。

這時候科學家們對以上問題的解決,有著非常迫切的需求,期間很多數學家對微積分的誕生做了鋪墊,比如笛卡爾發明座標系、費馬、開普勒、伽利略、哈雷等人也有貢獻。

為什麼要發明和使用微積分?

最終在17世紀末,英國數學家牛頓和德國數學家萊布尼茲,分別獨立地發明了微積分,兩者對微積分的切入點不一樣,但是本質思想是一致的。

微積分的誕生,對以上科學問題,簡直猶如天助,輕輕鬆鬆就能解決很多以前解決不了的問題;雖然微積分在創立之初遭遇到很多難題,但都被後來的數學家們完善。

為什麼要發明和使用微積分?

微積分的基本思想是求極限,函數角度看就是求切線和麵積,又可分為積分和微分兩大類,兩者互為逆運算。

比如下圖:對於一個函數f(x),在定義域[a,b]內,函數圖像和橫座標圍成一個陰影面積,如果要求陰影面積的大小,只用初等數學知識是很難的,但使用微積分就變得非常簡單。

為什麼要發明和使用微積分?

微積分有一套嚴格的微分和積分法則,比如該函數表達式為f(x)=x^3,a=2,b=5,那麼可以很快求出陰影部分的面積:

為什麼要發明和使用微積分?


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