Re: [問卦] 微積分是不是很唬爛消失
※ 引述《gm023347599 (22K工讀生)》之銘言:
: 安安
: 微積分
: 首先就要學生了解極限的概念
: 說什麼極限就是無限逼近
: 誰知道無限是什麼啊
: 又不是一個明確的數字
: 他媽的老師也不知道無限是什麼
: 只會要學生去想像
: 無限減掉無限竟然會是一個數字
: 也太唬爛了吧
: 微積分是不是都在唬爛啊?
: 有沒有八卦
沒錯,而且你並不是第一個提出這個問題的人,
就在牛頓與萊布尼茲奠定微積分的時期(17th),
歷史上也曾經有人覺得微積分根本就在豪洨,
那就是愛爾蘭的一位主教George Berkeley。
以一個簡單的函數y=f(x)=x^2對x微分來說,
這件事可以視為求f在兩點(x,f(x))與(x+dx,f(x+dx))上的斜率
根據國中數學這件事應該是
f(x+dx)-f(x)
f'(x)=--------------
dx
(x+dx)^2-x^2
=--------------
dx
2xdx+dx^2
=-------------- ...(1)
dx
此時我們把dx視為是一個很小,但不等於零的數字,
所以我們將分子分母同除以dx,可以得到
f'(x)=2x+dx ...(2)
而dx實在是太小了,所以我們可以將他忽略,得到
f'(x)=2x
所以x^2的微分就是2x。
聰明的George Berkeley主教馬上發現這個運算過程的不嚴謹之處,
你在式(1)時把dx視作不為零除掉,卻在式(2)把他當作零給省略,
那麼dx到底是不是零?
這位主教還戲稱dx是ghosts of departed quantities。
事實上當時還真的沒有人有辦法解答這個質疑,讓微積分的發展蒙上了一層陰影。
不過微積分在物理學以及各項科學中實在太有用了,
所以許多微積分的技巧與應用仍然蓬勃發展起來。
這件事要到整整一個世紀後的法國數學家柯西才獲得解決。
用現代數學來說明,就是用極限繞過無窮小量。
以下是每個理工科的大一微積分都會學到的極限定義
lim_(x→a) f(x) = L
<=>
for any ε>0, there exists δ>0 such that |f(x)-L|<ε whenever 0<|x-a|<δ
意思是
如果你隨便給一個f(x)對某一個值L的誤差範圍ε,
我都可以找到足夠靠近a的數字,
讓我的函數值與L的差坐落在你要的誤差範圍之內。
而這個數字與a的距離不超過δ,但也不是零。
此時,我們會說當x逼近a時,f(x)的極限是L。
這個讓人頭昏腦脹的定義有兩大重點,
第一是它明確指出極限是一種動態過程,利用函數值與極限值的誤差要求來定義極限,
而不是企圖在無窮小量的實數除法上作文章。
第二是它表明函數在某個點上,極限值的存在與否,跟函數在那一點的值沒有任何關係,
端看函數在那點附近的行為。
所以當我們在說f(x)對x微分時,
數學上我們只是說某個除法式的極限,就不用管什麼無窮大無窮小啦!
大概是這樣。
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