函式一致性導數的定義
在
4年前,我在短文「何謂一致性導數?」一文中表示,願意與「90後」讀者交朋友。現將該文重新發表如下:
袁萌 10月16日
大家知道,傳統
「逐點定義
」(pointwise)
的函式導數會導致「病態
」現象,比如,在一點處,函式導數值為正,但是,函式在此點卻不是增函式。那麼,我們該怎麼辦呢?
如果我們採用如下導數定義,問題就解決了。:
假定函式
f在開區間(a,
b)內有定義,如果對每乙個閉子區間
[α, β]
⊂(a, b)
,極限等式
lim(
f [x + ∆x] − f[x]
)/ ∆x = f『 [x]
(注:∆x→0
)在閉子區間
[α,β]
上一致(
uniformly
)成立,那麼,我們就說函式
f'[x[
為函式f
的一致性導數(這是非逐點定義模式)。
在我國普通高校的微積分教學大綱有一致收斂極限的概念(定義),但是,很可惜的是,沒有用到導數的嚴格定義上。我們可以證明,具有一致性導數
f'的函式
f是光滑的(
smoothness
),反之,光滑函式
f及其一致性導數
f'必定是連續的(注意:這不是乙個顯然的結論!證明很長,在此省略。)
對於一致性導數而言,傳統微積分學的「病態
」就消失了。事實上,我們可以證明,一切由數學公式所表達的函式都有
「一致性導數
」。從此,傳統微積分學恢復了健康(對考研而言)。那麼,如何處理(或展開
)這種新型微積分學呢?引入超實數系統
*r是最佳選擇方案(見
k.d.stroyan:」
無窮小微積分的數學基礎
「,有英文
pdf《教育與人生》**不是數學醫生,不想為傳統微積分治病而出名,而只想與
90後大學生交朋友,相互溝通,傳遞現代數學知識,助力國家之復興。俗話說:技不壓人。對於
90後大學生而言,除了學習(ε,
δ)極限論,學點兒現代數學的超實數知識,看清傳統微積分學的
「小毛病
」(病態)是很有益處的。
我不知道我的讀者群是些什麼人,其中有沒有
90後大學生?回到過去,在
1957
年的秋天,我也是和
90後一樣的大學生,神采飛揚,不知疲倦,熱心鑽研數學。很可惜的是,在那個時期世界上只有(ε,
δ)極限論,沒有現代意義上的無窮小理論。
現在,時代不同了,那時期
「趕英超美
」的夢想,在
90後這一代人的手中就要真的實現了。你們是很幸福的一代!與你們為伍(做朋友)並不丟人。
我相信,在我的讀者群中也許有一些數學教員,甚至是中學數學教師。這是我最想結交的朋友,因為,我們都是
「同路人
」。《教育與人生》**即將開通,讓我們在那裡相見!
說明:如果在超實數系
*r裡面展開關於一致性導數的理論,那麼,微積分學將顯得有趣、自然、易懂(特別是對
90後而言)。這就是我們引進超實數的動機。
袁萌2023年10
月10日
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