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袖珍电子书:一元实函数的微分定义

(2013-03-09 03:31:47)
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it

    在传统微积分学里面,函数的微分概念很重要。但是,转移到无穷小微积分学之后,微分失去了它原有的”光彩“,消失不见了,由此可见,仅依赖导数来展开无穷小微积分学即已足够。此话当真?

          J.Keisler《基础微积分》第一章第一节第45页有这么一句话如下:

The process of finding the derivative of f at a is called differentiation(微分法). We say that f is differentiaable(可微分) at a if f'(a) is defined:i.e. the slope of f at a exists. ”这里的中心意思是:函数可导即可微分,把求导与可微分两者紧密联系起来。

        如此以来,怎么展开无穷小微积分学呢?给定函数f,由此引入一个公式:y = f(x),此处,x叫做独立变量,y叫做非独立变量。考虑独立变量x的无穷小增量Δx,由此导致非独立变量y的无穷小增量Δy,因而有以下公式:

                                       y' = st(Δy/Δx)

也就是说,Δy/Δx = y'+ ε,此处ε为某一无穷小。所以,我们有下式:

Δy = y'Δx + εΔx

这个公式在无穷小微积分学里面足够用了,道理自明。

实际上,J. Keisler在《无穷小微积分基础》第二章第一节第34页针对公式y = f(x)给出了非独立变量yx处微分(differential)的正式定义,即:

dy = f'(x)dx

此处dy称为yx处的微分,并且dxdy都是无穷小。

在传统的菲氏《微积分学教程》里面,函数微分是由下式来定义,如果成立

                                    Δy = AΔx + o(Δx)

Δx作为基本无穷小,而o(Δx)Δx的“高阶无穷小”,则AΔx称为y的微分(主要部分),记为dy,最后,我们得到常见的微分等式:dy=f'(x)dx。注意:在传统微积分学里面,dxdy未必是无穷小(变量)。

有意思的是,在无穷小微积分与传统微积分里面都有相应的微分等式,外表看起来形式都一样,但是,在传统微积分里面dxdy未必是无穷小变量。两者是否等价呢?所幸的是,在《无穷小微积分基础》第五章第一节第72页给出了两者等价的数学证明。

          回到我们国内,“十一五”国家级规划教材复旦大学编写的《数学分析》第158页在给出函数微分定义时,竟然会出现以下等式:

                           Δy = f'(x)Δx + o(Δx)            (Δx0)

公式最右边的括弧(Δx0)是什么意思?难道在传统微积分学的函数微分定义中,自变量增量Δx都必须趋于0?在定义函数微分时,菲氏老祖宗只是说,当Δx作为基本无穷小时,o(Δx)被加项是相对的高阶无穷小变量而已,根本没有必要令其趋于零!

        同样地,“十一五”国家级规划教材同济大学编写的《高等数学》也存在类似的错误,在其第115页最上端竟然也有这样的说法:dyΔy的线性主部(Δx0),这个括弧完全是多余的。

          关于微积分教学改革,首先是教材改革,其次是教员培训,缺一不可。这两本烂教材的作者,有愧于广大的在校学生,应该狠狠地打屁股,直到告饶喊救命。大批小糊涂虫走出校门进入社会,可不是一件好事情。


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