12.21 科普,微积分是个啥?


“每所大学都有一种树,叫

高数,树上挂了很多人。旁边有座坟,叫微积分,里面葬了很多人。”


不论你们学校的校训是博学笃行,还是求实创新,不论你学的是理、工、商,还是农、医,军,高等数学是大部分大学生都绕不开的艰难课题。学文科的小编,曾经天真的以为选择文科专业,高考完了就可以摆脱数学的魔爪了,上大学以后才发现我选的文科专业也要修《文科高等数学》……


我看数学,无语凝噎,这无法逃离的羁绊,就是命啊。

科普,微积分是个啥?

从小学开始我们就在学习数学,但是大学之前的数学只能算是思维训练。而微积分才算是数学真正的起点,是很多学科基础中的基础。


下面,跟着小编一起来学习——微积分研究的是什么?


1 开普勒第二定律

科普,微积分是个啥?


人类文明从仰望星空那一刻起,就已经距离揭示宇宙奥秘仅有一步之遥了。

----刘慈欣《朝闻道》


自古以来,人们都渴望揭示星空的秘密,似乎做到这一点,就可以从神的手中接过权杖。


科普,微积分是个啥?


第谷·布拉赫(1546 -1601),丹麦贵族,天文学家兼占星术士和炼金术士。他花了20多年在丹麦皇家天文观察行星运行,临死的时候把这个数据交给了他的助手开普勒(但是貌似没有书面文件说明开普勒可以使用这个数据,所以后面还扯了些官司出来)。


科普,微积分是个啥?


约翰内斯·开普勒(1571-1630),德国天文学家、数学家。他继承了第谷的天文观测数据之后,就以“日心说”为假设,花了好几年的时间,日算夜算,归纳总结出了开普勒三定律(是的,活生生的通过数据猜出来的),成功地预测了一个个天文现象,达到了中世纪天文的高峰。


来看看开普勒第二定律,说的是,在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的:


科普,微积分是个啥?


也就是说,上图中:


科普,微积分是个啥?


因为要求每块的面积,而且行星运动曲线往往不是规则的椭圆形,这就对数学提出了一个不好回答的问题。


2 面积计算

先不算那么复杂的面积,简化一下,看看怎么求这个曲线下的面积

吧:


科普,微积分是个啥?


2.1 线性近似的思想


科普,微积分是个啥?


阿基米德(前287年-前212年),古希腊数学家、物理学家、发明家、工程师、天文学家。他曾经说过:“给我一个支点,我可以举起整个地球。”

为了计算圆的面积,阿基米德用内接等边多边形去逼近:


科普,微积分是个啥?


多边形是直线组成的,圆是曲线,所以这种思想叫做“线性近似”,或者“以直代曲”。


2.2 通过矩形来逼近曲面面积



根据“线性近似”的思想,想用矩形来逼近曲线下面积。先把

科普,微积分是个啥?

均分为10份,每份的长度为:


科普,微积分是个啥?


对应的矩形面积之和为:


科普,微积分是个啥?


可以想见,当

科普,微积分是个啥?

无限接近0时,矩形的面积和就与曲线下的面积相等。


数学家用微积分来命名这样的计算方法。


其中,微分,指的是

科普,微积分是个啥?

无限接近0时,微小的矩形面积:


科普,微积分是个啥?


积分,指的是把无数这样微小矩形的面积加起来,以得到曲线下面积:


科普,微积分是个啥?


3 困难

那么,什么是:


科普,微积分是个啥?


在定义什么是“

无限接近0”时,遇到了真正的困难:

  • 无限接近于0,但 , 否则以0为底边长的矩形面积为0,无穷多个0相加仍然为0
  • 无限接近于0,又必须最接近0, 不可能有什么实数比 更接近于0
  • 最接近于0,所以 一定不能为实数,否则 就会比 更接近于0


科普,微积分是个啥?


乔治·贝克莱(1685-1753),著名英裔爱尔兰哲学家,同时为圣公会驻爱尔兰科克郡克洛因镇的主教。


贝克莱主教可谓是微积分发展史上的著名“大反派”,他就嘲笑过

似0非0,仿佛一个幽灵,籍此攻击当时稚嫩的微积分(不过仔细想想,作为一个主教,用数学的思维来攻击数学,这明明是被神学耽误了的数学家啊)。


到底是什么?什么又是“

无限接近0”?


这是数学上非常关键的一个问题,要等到“极限”出现了才能被真正解决。


科普,微积分是个啥?

“如果你能考到60分,就可以当我男朋友。”/《小时代》


你这门课程的最高分是多少?

科普,微积分是个啥?




分享到:


相關文章: