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无穷小微积分的优势究竟在哪里?

(2012-12-27 22:22:38)
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it

       J. Keisler在《无穷小微积分基础》教学参考书第15章”逻辑与超结构“的第1A节(第180页)给出无穷小微积分的核心特征,如下:

For example, the ε, δ condition for f to be continuous at x,

                ε[ε > 0 ⇒ ∃δ(δ > 0 ∧ ∀y[|x − y| < δ ⇒ |f (x) − f (y)| < ε)]],

is equivalent to the simpler *L formula

                                   y[y ≈ x ⇒ *f(y) ≈ *f(x)] ”

意思是说,函数fx处的连续性的上述使用传统ε, δ语言L的表达式等价于(if and only if)下面的无穷小表述语言*L公式的更为简介的表达方式,其中*f是函数f的在语言*L中的自然延伸函数。符号”≈“是在语言*L中是”无限接近于“的意思。注:符号”∀“代表“for All”,符号”∃“代表”There Exists“

          什么是(一阶)逻辑语言?什么是超级结构?这就是数理逻辑”模型论“研究的课题了。由此,我们可以看出,在传统微积分中,人们使用了许多无穷小微积分的”说法“(句子)而不自知也,比如:“无限接近于”,”任意地小“,等等,整天周旋于限量词(quantifier)”∀、∃“来回颠倒的把戏,把学生搞得概念混乱、兴趣全无。

         实际上,数理逻辑模型论并不神秘,只要踏踏实实地学习并不难于把握。问题在于,人们对于使用无穷小(数)存在着”心理障碍“,不愿意接纳它。但是,国外多年数学教学的实践表明:一般而言,美国的中学生却愿意大胆地向前走,接受无穷小的数学概念。对此,难道我们的孩子们都是傻子吗?非也。

         实质上,无穷小微积分的最大优势在于:理论展开的始终,减少了限量词的交替现象,使得微积分理论体系得以极大的简化,易学易用。这就是2006J. Keisler论文”Quantifier in Limits“(“极限中的限量词”)里面的主要结论。

          近十年来,高等无穷小分析的理论与应用进展很大,我们不想过多牵扯其中,以免转移学生的注意力。我们只做一件事情:普及无穷小微积分的基础知识,努力改进与完善普通高校的微积分教学的效果,把握住这个大方向丝毫不动摇。每年有上百万的学子在苦读微积分(高等数学),这个事实要牢记在我们的心中。

        说明:请参见《高等数学》第61页关于函数连续性的定义:函数f(x)在点x连续等价于:∀ε>0,∃δ>0,当|x−y|<δ时,有|f(x)−f(y)|<ε

将此表达式与J. Keisler的上述表达式:

                               ε[ε > 0 ⇒ ∃δ(δ > 0 ∧ ∀y[|x − y| < δ ⇒ |f (x) − f (y)| < ε)]],

相互对照,就可以看出,《高等数学》教材里面的限量词∀、∃、∀的作用域表达得不够清楚,容易引起同学们的误解,产生思维疲劳。一本全国通用国家级规划教材存在如此(多处的)疏漏是很不应该的。

         注意,J. Keisler表达式里面有两层相互对应的方括号”[“,我们要注意它们前后”括“在哪里。逻辑连接符号”∧“代表”And“的意思。



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