当前位置: 积分机 >> 积分机发展 >> 微积分解说极限和连续
刘徽用割圆术计算圆的周长,计算的正多边形边数越来越多,正多边形的周长就会越来越接近一个固定的数值,这个数值应该是直径乘以圆周率。如果把正多边形边数变化时,算出来的周长当成一个数列的话,这个固定的数值,就是这个数列的极限。
圆形也就是这个数列的极限是圆的周长。
那数列有无数项,每项都有变化,为什么极限是个固定值?
就是数列可以无限接近这个值,数列的项和这个固定极限值的差值可以任意小。如果换另一个数,差值就不会是任意小。所以这个极限是个确定的数。有可能是无理数,不能用分数精确表示大小,但是可以和任何有理数比较出大小来。
曲面建筑函数的极限,就是函数自变量无限靠近一个点时,函数值会无限靠近一个值。比如函数y=x,这个函数,趋于0点的极限,就是0,趋于1点的极限就是1。这个容易看出。y=sinx/x当x趋于0时,极限值是1。这个不容易看出了,需要用夹逼原理计算。
现在教材上采用的极限定义,是法国数学家柯西写入教材的。具体说明了什么是无限接近。
比如甲说y=x在x趋于1时,极限是1。
乙说我不相信
甲说,x趋于1时函数值可以和1无限靠近。差值可以无限小。
乙说,那什么时候函数值和1的差值小于1亿分之1,
甲说,只要x大于1减去2亿分之1,小于1加上2亿分之1,函数值和1的差值就会小于你所说的数。
乙再举更小的数,
甲照样能找到对应的x靠近1的范围。使函数值符合条件。
通过这个过程,可以使思维中的细节更清楚。
这样解释极限,对有疑问的人来说,比无限靠近,逼近的说法更加明确。
上边这个y=x,既可以从x=1的左侧,小于1的一侧靠近,也可以通过右侧来靠近,也就是大于1的一侧来靠近。分别计算一个函数的极限值,所以函数极限,又可分为左极限和右极限。对于这个函数,对每一点来说左极限等于右极限,因为一个特定函数的对应规则,可以人为规定。所以有的函数,左极限和右极限并不一定总是相等。
庞加莱连续这个概念和人们的直觉高度一致。把函数的图像画出来,如果在一点是连着的,那就是连续的。牛顿计算宏观物体的运动,所有考虑的物体的运动轨迹都是连续的,物体不可能凭空跳过一段距离。微积分发展后,研究函数连续不连续,一个原因是不连续的函数,虽然在不连续点不能求导数,但是有可能可以积分。不连续函数,也可以展开成傅里叶级数。是傅里叶级数这个方法的发展,激发了人们对函数连续这个性质的思考。
好多问题,通过直觉就可以判断,比如平面几何中,凸多边形内角和可以用n-2乘以度计算。。n是多边形的边数,一般课本上并没有详细说什么是凸多边形,但是画出一个凹多边形,一般人都会感觉和凸多边形不一样,套公式之前要思考一下。还有凸多面体边数顶点数,面数会符合欧拉公式,但是凹多面体,就不符合。凸凹多面体,大多数人一眼就可以判断和分类。
多面体一个函数如果是不连续的,人们也可以通过直觉马上感知到和连续函数的差别。
那如何详细描述什么是连续,如何判断一个函数在一点连续不连续呢?就是如果一个函数在一点的函数值等于这点的左极限和右极限,那函数在这点就是连续的。
风车人有许多直觉,其中连续是数学上比较好描述的,有许多感觉非常重要,但是数学上描述就非常复杂。比如人可以靠声音判断声音源的远近,如果要造一个机器人有类似功能,那设计算法就复杂了。
好多数学和计算机算法方面的课题,就是把人人具有的直觉用数学语言描述出来,再用程序实现出来。
考研大纲中,还有第一类间断点和第二类间断点的分类。因为间断点是不是第一类的,是函数是不是确定可以展开成傅里叶级数的一个条件。等到学傅里叶级数,就会感觉给间断点分类这种内容,其实也不是那么空洞。