林群(中國科學(xué)院院士、計算數學(xué)專(zhuān)家)
微積分之所以重要,一是奇特,一是有用。它解決生活中難題,如高鐵的瞬時(shí)速度、建筑的面積,這些本屬“無(wú)窮”的計算,不可能實(shí)現,但微積分卻創(chuàng )造出奇跡,將這些“無(wú)窮”的計算變成舉手之勞。而傳統教材卻將此驚天成果,表達為數百的定理與公式、無(wú)盡的證明與推理,令人望而生畏。我們抓綱放細,將之歸結為三把斧或三步曲:一、關(guān)鍵的第一步:瞬時(shí)速度怎么算——假傳萬(wàn)卷書(shū),真傳一案例,一本萬(wàn)利以高鐵為例,若車(chē)速都是相同的,則速度=,若車(chē)速在變化,要測瞬時(shí)(即每一時(shí)刻)速度,就出現,怎么算?只能變通為,由一小段路程的平均速度,來(lái)算,因為在短時(shí)間之內,瞬時(shí)速度與平均速度相差不大(沒(méi)有時(shí)間去加速太多∴速度變化不會(huì )大)。
為此,大膽設想兩者之間的
差別=|平均速度-瞬時(shí)速度|,與時(shí)間長(cháng)短成比例
或
——(1)
(此情況在多例中發(fā)生,故靠得住——見(jiàn)后面例題。)這時(shí)事情顯得比較清楚:當時(shí)間很短,差別就很小。
|路程-瞬時(shí)速度×時(shí)間|≤(時(shí)間)2的一個(gè)倍數
|路程-速度圖的面積|≤(時(shí)間)2的一個(gè)倍數
(或速度圖的面積≈某一時(shí)刻速度×時(shí)間)路程=速度圖的面積
三、奇特的第三步:泰勒公式,將非線(xiàn)性世界盡量“線(xiàn)性化”以上三步,又稱(chēng)微積分三板斧,可譯成以下三公式(5)(6)(7)。
我們提倡數學(xué)文風(fēng):先文字后符號,先解釋后公式,先講理后定理。
首先,文字譯成符號:
路程譯成f(x),時(shí)間增量h>0,瞬時(shí)速度譯成g(x)。(2)譯成
——(5)
由此會(huì )有(3)或
它表明:面積既然都寫(xiě)出來(lái)了,那就是存在;此外,它必等于f(x+h)-f(x),那就是唯一。結果,油餅面積(二維)變油條高(一維),奇特、有用!作者:林群、張景中;中國科學(xué)院數學(xué)與系統科學(xué)研究院供稿
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