积分机

惊还在以为数学枯燥快看这人追不上乌龟,

发布时间:2022/11/8 8:20:44   

今天,小编接着给大家更新我们的数学史系列。前面我们不仅提到了数学史上莫比乌斯环的爱情故事,也提到了数学史上的一次杀人故事,也即第一次数学危机。

图源网络

简单概括一下第一次数学危机(具体翻以前的内容哦)。

事件背景:毕达哥拉斯学派认为“数及万物”,宇宙间一切的数都可以被整数或两个整数的比表示。但其学徒希帕索斯发现了边长为1的正方形的对角线的长度为根号2。毕达哥拉斯为了维护其信誉与权威,将其学徒希伯索斯投入爱情海喂鱼了。

解决方法:德国数学家戴德金,通过分割有理数定义了无理数,建立了实数理论,即用戴德金分割理论解决了这第一次数学危机。(具体定义可查找德国数学家菲赫金哥尔茨的《微积分教程》)

勾股定理

第二次数学危机

那么,今天小编给大家讲讲第二次数学危机,也称为”芝诺悖论”。小时候我们常常听乌龟和兔子竞赛的故事,兔子有点傲慢,结果睡着了,最后被乌龟反超赢了。可是,今天我们要说的是人与乌龟的竞赛。为什么会出现人也跑不过乌龟这样离奇的事呢?显而易见的是,大家都知道这是极不现实的,但理论上就是发生了。那数学上又是怎么解决它的呢?

龟兔

事件背景:

古希腊神话中,阿基里斯是跑得最快的人,他和乌龟进行赛跑。他的速度比乌龟快10倍,但是,乌龟在他前面米起跑,让他在后面追。说到这里,大家会说这明显很容易追上。可芝诺却不这么认为,芝诺认为阿基里斯追不上乌龟。

乌龟

在竞跑过程中,阿基里斯要追上乌龟必须先到达乌龟的出发点。当阿基里斯追到乌龟出发点时,乌龟已经又向前爬了10米。

于是这样又产生了一个新的起点,只不过这时候乌龟的起点在阿基里斯前面10米。

然后继续追,下一次乌龟的起点在阿基里斯前面1米。

如此无限循环,那么乌龟总会在阿基里斯前面一点点。

如此一来,阿基里斯就永远追不上乌龟了。如下图所示

图示

问题分析:

这个问题归结到数学上就是,0和无穷小量是不是相等的。如果相等,人就追上了乌龟,如果不相等,那么人就永远追不上乌龟。数学作为一门逻辑严谨的学科,虽然实际生活中知道这是错的,但如果你要说明上述的话故事是错误的,那么你必须拿出实际的证明。错在哪里了呢?

解决方法:

芝诺错误地将时间和空间进行了无限的分割,而事实上时间和空间并非连续,是无法进行无限分割的。在数学上,无论无穷小量与0等或不等都会产生矛盾。当时,微积分的大厦受到了严重的冲击,甚至一些数学家指出,微积分是巧妙的谬论。

最后的解决方法,也就是我们在微积分课程当中所熟知的一个ε-δ语言,cauchy(柯西)指出,无穷小量并不是固定的量,而是一个变量,无从小量是以零为极限的变量。从而,也就在此基础上用极限定义了微分和积分。随后,又有狄利赫利给出了现代数学的函数定义,等等一系列数学家使得第二次数学危机得以解决。

大学

第二次数学危机,使得微积分理论得到了发展。也正是由于这样一次又一次的数学危机,一次又一次的发现问题,极大地推动着数学的发展。数学理论看似无聊,但了解其发展背景后,是非常有趣的、精妙的,大家一定要静下心来,去了解数学之美。

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