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关于无穷小演算的历史演变

(2012-11-24 05:05:09)
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      回顾300多年前,大约在1670年前后),在数学上也可以称为“牛顿与莱布尼兹”时代”,那时在欧洲大陆关于无穷小的学术研究非常之活跃,可谓“几家争鸣”(当时,还不到“百家争鸣“的程度)。请看下图:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0f/Tangent_to_a_curve.svg/400px-Tangent_to_a_curve.svg.png

         在那个时代,寻求一般曲线的切线(Tagent,即上图的红色直线)是一个很令人感到困惑的问题,因为,这要涉及无穷小的演算。牛顿把一般曲线的切线斜率视为“逝去量的最终比”(the ultimate ratio of evanescent quantities),尽量回避直接使用无穷小。可是,究竟什么叫“逝去量的最终比”?连牛顿自己也没有说清楚。但是,莱布尼兹却不同,坚持使用无穷小,并且坚信:这种逝去的量(无穷小)仍然具有在其最后消失之前的(数学)属性("...an evanescent quantity which yet retains the character of that which is disappearing")。历史已经证明,莱布尼兹的这种观念是正确的。

        200多年之后,在1870年左右,德国数学家维尔斯特拉斯(Weierstrass)用极限的(εδ)定义将无穷小彻底赶出微积分的研究领域,使其成为“死去的隐喻”(Dead metaphor)。由于极限论的(εδ)定义方式过多使用了一阶逻辑的限量词(比如:∀的表述方式),丧失了微积分表述的直观性,遭到(美国)数学教育界的批评。

          时间又过去了一百年,在1960A.Robinson利用现代数理逻辑的模型论(Model theory)的技术手段,复活了莱布尼兹关于无穷小的正确观念,使无穷小演算成为逻辑严谨的数学大厦的合格成员,而且使无穷小方法渗透到许多别的数学研究领域,比如,测渡论与数量经济学等学科。300多年来,数学发展史似乎与我们开了一个大玩笑。

           J. Keisler的“初等微积分”(Elementary Calculus1976年第一次出版)是基于现代无穷小观念的一本教科书。现在,时间又过去了近40年,人们才逐渐认识到它 的重要性。现今,尽管有人还在批评无穷小演算的“毛病”,但是却没有人能够指出它的逻辑严谨性存在“瑕疵”。现在,我们终于可以说无穷小演算在数学中已经站住了“脚根”,但是,我们该怎么办呢?在数学的历史发展长河中,我们是顺水向前,还是逆流挣扎?......今天下午,我将与几位朋友谈及此事(有关我国数学教育的现状及存在问题)。


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