每到高考,人们都会关注语文作文,数学反而没什么关注度,有人说是数学太难了,大家都看不懂。这当然是在调侃,不过也能看出来数学确实不是每个人都能学好的,这门学科要求你有严谨的数学思维。严谨,可以说是数学研究的核心。没了它,数学定理会出现纰漏,论证过程也不再完美无缺。

数学

数学大厦的建立,是一代代数学家共同完成的,一位数学家提出一个新概念新定理,都要经过数学界的检验。往往能发现其中的漏洞,就连微积分也逃不过这样的命运,没想到这次检验直接引起了第二次数学危机。

01微积分的创立

在微积分还没有出现的时候,数学家们已经应用了一些微积分的思想,但都是零散的,没有整理出来,具体定义也没有给出来。比如我国的数学家刘徽,他用割圆法求圆周率,这就是极限思想的一种体现,阿基米德还用极限思想求出了球体的表面积。

微积分

古希腊的数学家们纠结于“无穷小”是否存在,一直拖到了17世纪,西方数学界已经确认“无穷小”是存在的。牛顿和莱布尼茨便是支持者,随后他们便创立了微积分。起初,微积分被视为专门研究无穷小问题的工具,后来又引申到了多个领域。

现代数学有门分支叫数学分析,它便起源于微积分。

02数学危机

牛顿莱布尼茨创立了微积分这不假,但出人意料的是,他们对无穷小量的描述都是模糊不清的。牛顿将它的定义修改了三次,第一次将其视为普通常量,之后的两次修改都失败了。

牛顿修改了三次

莱布尼茨别出心裁的选择了差分,试图将无穷小量转化为有限的差分,不过据他所说,过程并不顺利,转化几乎不可能实现。

不要小看了这个定义,当时的数学家在计算无穷小量的时候,有时候会通过变换将其消除,这就变相承认了无穷小量是有限量。有时候又将无穷小量视为零,计算时直接忽略不计。学过数学的人都知道这不对,何况是整天和数学打交道的数学家?

部分数学家站了出来,指责微积分是谬论集中起来的产物。拥护微积分的数学家则想办法重新定义无穷小量,第二次数学危机爆发了,牛顿和莱布尼茨直到病逝都没能解决。

莱布尼茨也没能解决

03拯救微积分

大部分数学家还是支持微积分的,因为牛顿和莱布尼茨都说过,他们总结了大量前人的经验,是在前人的基础上发展出微积分的。如果否定了它,就等于否定了那些数学家。

无穷小量本身就是极限理论的组成部分,想要拯救它就得提出新的极限理论,旧的极限理论已经过时了。拉格朗日建立的极限理论有诸多不足,连无穷级数的收敛问题都没办法解决。为了构建新的极限理论,数学家们努力了将近两个世纪。直到柯西极限存在准则出现,极限理论才算建立起来。

无穷小量定义

拉格朗日没有解决的收敛问题,柯西极限成功解决了。无穷小量也不再是个模糊不清的概念,0是它的一个常量,它自己则是个变量。不仅如此,导数和积分也有了新的定义。数学家们探索无穷小量定义的过程,就是分析数学的过程,直接产生了一门新的数学分支。

第二次数学危机就这样被解决了,危机的根源就是我们现在熟悉的无穷小量,学过高数的人都知道,它的计算难度并不高。微积分的建立是牛顿和莱布尼茨独立完成的,他们的分歧点不只是无穷小量一个。

柯西极限存在准则

众多的分歧汇聚在一起,让数学家们的判断出现了混乱,也暴露了微积分在逻辑和概念上的漏洞,好在数学家们没有放弃,不然我们今天就看不见微积分了。