最伟大的数学发明,人类精神的最高胜利,数学
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【摘要】微积分是高等数学中的一个数学分支,研究函数的微分和积分,以及相关的概念和应用。它是数学的基础学科。内容主要包括极限、微分、积分及其应用。微积分创立之前的数学工具、
微积分是高等数学中的一个数学分支,研究函数的微分和积分,以及相关的概念和应用。它是数学的基础学科。内容主要包括极限、微分、积分及其应用。微积分创立之前的数学工具、研究对象和要解决的问题都是静态的,也就是所谓的积分法。精确和瞬时的动态计算必须涉及微分的概念。因此,统一微分和积分理论的微积分,本质上是一种运动数学。
作为一门学科,分化与整合的思想自古就有。公元前三世纪,古希腊的阿基米德正在研究抛物线拱的面积、球体和球冠的面积、旋转双曲体的体积,暗示了现代积分的思想。我国《庄子·天下篇》中记载:“一尺一尺,百折不挠,天长地久”。这些是简单的极限概念,它们是微分学的基本思想。
正如恩格斯所有的理论成就一样,可能没有什么能像17世纪下半叶微积分的发现那样被视为人类精神的最高胜利。如果我们在某处看到纯洁纯洁的人类精神,唯一的优点就在这里。
但微积分的机会直到 17 世纪才出现。那时,欧洲结束了中世纪的黑暗,进入了一个新时代。航海、造船、天文、建筑等行业的发展都需要新数学理论的支持。在数学家面前,有四类过去的知识无法解决的问题:第一类是瞬时速度问题及其逆问题,即运动中速度和距离的互求问题。人们在研究中发现,要计算物体在某一时刻的瞬时速度,不能像计算平均速度那样用移动的距离除以移动的时间,因为在给定时刻,物体移动的距离并且使用的时间为0,0/0无意义。
第二类问题是求曲线切线的问题。一方面用于解决光学望远镜的设计问题,另一方面用于寻找运动物体在其轨迹上任意一点的运动方向——即轨迹切线方向.
第三类问题是求一个函数的最大值和最小值的问题,用于研究行星运动和炮弹发射。
第四类问题是求和问题,用于求曲线的长度、曲线包围的面积、曲面包围的体积、物体的重心以及效果一个相对较大的物体(如行星)在另一个物体上。重力。围绕解决上述四个核心科学问题,微积分在 17 世纪已经被至少十几个最大的数学家和几十个较小的数学家所探索。例如,法国的费马、笛卡尔、英国的巴罗、德国的开普勒都提出了许多非常有成就的理论。
然而,微积分的真正发明要归功于两个“天才中的天才”——牛顿和莱布尼茨。他们在前人的基础上迈出了最后一步,建立了微积分的高楼大厦。
牛顿对微积分的研究侧重于运动学,而莱布尼茨则侧重于几何考虑。
大约在1665年,牛顿22岁的时候,已经对微积分有了很深的了解。这时候他用“0”来代表无限小的增量,已经有了极限的意思。他还可以求出一个函数的瞬时变化率,这实际上是导数。例如,对于自由落体,下降距离 y 与时间 t 的函数关系为 y=1/2gt^2 下降距离 y 与时间的函数关系为,其导数、瞬时变化率和瞬时速度。是一样的。这里 t 是一个变量。
牛顿称这个函数中的变量为流量,瞬时变化率称为流量数,整体称为“流量数法”。
1669年左右,他在朋友中分发了一本书《无穷数分析》。这是第一本关于微积分的专着,但直到 40 多年后才正式出版。此外,他还写了一些关于微积分及其应用的文章,但大部分都没有正式发表或直到他去世。他只是在与朋友的通信中露出了半爪子,或者干脆把手稿锁在了抽屉里。 .因此,知道的人很少。
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微积分的另一位发明者是莱布尼茨。莱布尼茨被认为是整个西方历史上知识最渊博的人物之一。 《大英百科全书》用如此简短而有力的语言表达了他惊人的知识:莱布尼茨是“德国自然科学家和数学家”,哲学家。他广泛的才能影响了广泛的领域,如逻辑、数学、力学、地质学、法律、历史、语言学甚至神学。”莱布尼茨大约在 1675 年发明了他的“无穷小算法”,其中包含了极限的基本含义,同时通过几何求曲线的切线获得了微积分中的微分理论。
微积分中的基本概念导数是瞬时变化率。它也可以通过几何图形看到。那时,它变成了曲线上一点的切线的斜率。两者其实是一回事,只是提到的角度不同。莱布尼茨用 dy 与 dx 的比值来表示切线的斜率。直到现在,这个“d”仍然是差异化的象征。不仅如此,莱布尼茨还看到了另一个与“d”相反的运算,就是求“∫”,也就是积分。我们之前已经说过了。