妙筆閣 > 我的科學時代 > 第九十二章 微積分的故事!
  翌日。

  清晨時分,旭日東升,一抹朝陽落在清華園。

  西院第28號房。

  書房內。

  窗戶染了一層白霜,一縷縷陽光透過窗戶照進無奈,屋內靜謐無聲,一個木制立式黑板搬進了書房。

  “要學微積分,首先你要搞懂微積分是什么,不能知其然,不知其所以然。”華羅庚立于黑板旁邊,寫下了六個字。

  微積分是什么。

  “我們先從最基礎的求面積講起,在古希臘時期,阿基米德那個時代人,處于初步發展階段的幾何,數學家們遇到一個棘手且嚴峻的問題,那就是求面積,三角形和正方形這些圖形有面積公式,所以求解很簡單,但問題在于,那些不規則圖形的面積該怎么求?”

  “例如我現在畫的這條S型曲線,這條曲線圍成的面積需要求解,但沒有公式,這個時候,如何求解一條曲線圍成的面積,就成為了當時數學家們研究的問題。”

  “阿基米德找到了辦法,余華,你知道是什么辦法嗎?”

  華羅庚目光看向余華。

  “窮竭法,用熟悉的圖形去無限逼近曲線圍成圖形的面積。”余華回答道。

  “對,窮竭法,提出者安提芬,改進者歐多克斯,完善者阿基米德,窮竭法思想就是用無限個熟悉圖形去求一條曲線圍成圖形的面積,在數學史上,窮竭法被視為微積分的前身,且嚴謹性無可挑剔。”

  華羅庚右手握著粉筆,畫出窮竭法的求解過程,用一個個三角形去填充S型曲線所圍成的面積,最終求出面積大小。

  整個過程極為繁瑣,但無比嚴謹。

  華羅庚求解完成,隨即用板刷擦去公式和圖形,又重新寫下一個新的概念,通過矩形求面積:

  “窮竭法沿用到了十七世紀,這一千多年歷史之中,有我國的割圓術求面積,但計算過于復雜,并不適用,窮竭法自身局限性也逐漸明顯,對于不同曲線圍成的面積需要使用不同的圖形去逼近,而不同圖形的證明技巧并不一樣,極為繁瑣,這個時期數學界出現‘用矩形來逼近原圖形’,思想與窮竭法一致,且更加簡單,但矩形求解存在一個問題,那就是失去了嚴謹性,這是一個非常嚴重的情況。”

  嚴謹是數學的靈魂。

  失去簡單性,數學失去很多愚笨者。

  失去嚴謹,數學將會失去一切。

  如果一個定理,一個公式,一個數學常數失去了嚴謹性,那意味著整個數學大廈的崩塌。

  余華全神貫注聆聽,關于華羅庚講解的重點,盡數記入腦海之中,理解程度非常迅速。

  “牛頓和萊布尼茨對于矩形求解存在的問題非常重視,經過這兩位數學家的不懈研究,牛頓和萊布尼茨意外發現了一個關鍵性東西,也就是微積分最基本和最重要的核心思想,那就是微分與積分之間的互逆運算,用數學公式表達為微積分基本定理。”

  華羅庚面容嚴肅,在黑板上寫下了微積分基本定理:“而在此前,微分和積分,還是兩個單獨學科,微分求導數,積分求面積,互不相干,在牛頓和萊布尼茨的作用下,微積分完整體系建立。”谷

  微分與積分之間的互逆運算。

  這是微積分的核心,至此,人類文明發展史上極為重要的微積分誕生,微積分基本定理又被稱為牛頓——萊布尼茨公式。

  真是天才……

  余華聆聽了微積分誕生的歷史進程,心中微微感嘆,將兩個單獨的學科聯系在一起,并且敏銳發現微分和積分之間的互逆運算,不愧是歷史上兩位最頂尖的大牛。

  互逆運算是什么概念?

  簡單而言,那就是求面積的問題,可以轉變為求導數,求導數的問題轉變為求面積,互相變換。

  如果積分之路走不通,那就從低維度研究轉變為高維度研究,用微分解決問題。

  如果微分之路走不通,那就從高維度研究轉變為低維度研究,用積分解決問題。

  此外,還可逆向積分求面積。

  若你要問它的意義在哪里?

  意義非常重要,在于極大程度上縮減了繁瑣的計算過程,簡化計算難度,極大提升數學各分支的發展效率。

  微積分能求的東西實在是太多了,例如微分導數的極值。

  極值非常重要,大炮發射的炮彈飛行極限距離,一船貨物利潤數據,從某地出發到某地之間的那條路線距離最近等等。

  這是科學研究最重要的工具,亦是由人類親自創造的數學武器。

  “當然,這個時候的微積分體系還不算完美,無窮小量問題使得微積分的基礎并不穩固,無窮小量的問題在于通過動態方式來定義極限,一個量在逼近0的過程中,有無數個實數,這樣是行不通的,由此引發第二次數學危機,后來數學家柯西和魏爾斯特拉斯重新定義了極限,至此,微積分的基礎終于穩固,后來由法國數學家勒貝格研究的勒貝格積分,為微積分收官。”

  華羅庚緩緩講述關于微積分和無窮小量之間的關系,轉而在黑板上寫出一串公式,這是勒貝格積分:

  “我在英國劍橋大學留學期間,曾經有幸去了一趟法國,見到勒貝格先生,收益很大,不過,關于微積分在無窮小的領域,我認為還有很大研究價值,日后你可以嘗試一下這個領域,微積分既是數學研究的基礎,更是科學研究的工具,明白嗎?”

  “明白。”余華聽聞,點了點頭,記下華羅庚送給他的一個數學研究方向。

  華羅庚點頭,正色道:“在知道微積分是什么之后,我們學習起來就更加容易,接下來講函數、導數與極限,第一本書你看了多少?”

  “看完三分之一部分,函數和導數都懂。”余華回應道,昨晚學習時間不長,他只看了《導數與極限》的三分之一。

  “好,那就從極限開始講起。”

  華羅庚聽聞,眼中透出贊賞之色,頓了頓,細細講解:“微積分的極限定義為……”

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