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无穷小能否带领我们直接走向今日科学之辉煌?

(2013-06-20 04:38:22)
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   历史不能重演,这是毫无疑问的。数学是一门基础学科,影响到今日科学技术的方方面面,可以说,没有数学的进步就没有今日之科学。

       历史上,莱布尼兹发明了无穷小(理想数),基于无穷小又创建了微积分学。这是历史事实。我们的问题是,如果后来没有(εδ)极限论,能否有今日科学技术的辉煌?初看起来,这个问题很荒唐,毫无意义。但是,也不尽然。

          在数学发展历史上,欧拉(Leonhard Euler1707-1783)的贡献是非常巨大的,特别是,对于物理学的研究。在数学上,欧拉是莱布尼兹无穷小的忠实信徒,有着许多重要的研究成果,涉及到科学技术的方方面面,比如,复变函数理论的建立,为流体动力学奠定了理论基础,进一步为现代航天事业打下了根基。可是,欧拉的学多数学成就是建立在莱布尼兹无穷小演算(Infinitesimal Calculus)之上的,没有(εδ)极限论,能否保留这些宝贵的数学成果呢?

           以下,我们举例说明。 在欧拉的数学著作里面,对指数函数微分的推导如下:

           d(exp(x)) = exp(x+dx) – exp(x) (注意:此处dx是无穷小)

                               = exp(x)(exp(dx) – 1) (提出公因子exp(x)))

                              = exp(x)(dx + (dx平方)/2+dx立方)/3+ …)

                             = exp(x)dx

     在(εδ)极限论者看来,这是完全错误的数学推理。那些dx的高次方为什么被舍弃?这就是莱布尼兹无穷小演算的“瑕疵”,多被后人所“诟病”。

          我们设想,假定历史始终沿着莱布尼兹无穷小的轨迹前进,其间没有(εδ)极限论的出现, 到了1960A.Robinson建立了《非标准分析》,为无穷小奠定了严密的逻辑基础。至此,欧拉的许多数学研究成果也能得以完好地保存下来。实际上,在超实数系*R里面,欧拉的上述推理过程是很容易解释的,在等式两端取超实数的”标准部分“(运用st函数)就可以把无穷小的高次方去掉了,在超实数系里面,这是完全正确的数学推理。

           根据以上分析,我们可以看出,如果没有(εδ)极限论的出现,莱布尼兹的无穷小演算也能把我们带到现代科学技术的繁荣阶段。历史发展出现“拐弯”现象是很正常的。现在,我们正处在微积分又一次发生“拐弯”的历史阶段,只是我们浑然不知罢了。

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