關於傳統微積分的病態

2021-08-20 07:42:50 字數 1142 閱讀 6708

今年高考即將進行。人們把小寶貝送進大學,學習傳統微積分,灌輸數學謬論,很是可悲。為什麼?

袁萌  5月28日

在傳統微積分學中,關於函式f的(逐點定義)導數(derivatives)是乙個最基本的概念。但是,它有時卻給傳統微積分學帶來了麻煩,使傳統微積分學出現反直觀的「病態」(pathology)。

給定函式

f(x) = 0,      if x = 0;

f(x)= x + x2sin(π/x)    if x ≠ 0

注:式中」x2」代表x的二次方。

容易證明,該函式f在0點處的導數值f'(0)= 1 > 0,但是,該函式f在包含0點的任意領域內都不是「增函式」,函式圖形呈現出上下擺動狀態,直接違反了人的直觀預期。

我國現行普通高校「十一五」國家級規劃教材《高等數學》(同濟大學編寫)第三章第四節(函式單調性的判定,第145頁)寫道:「......函式的單調性與導數的符號有著密切的聯絡」,嚴重誤導了90後在校大學生。

針對逐點定義導數的這種「病態」,k.d.stroyan教授建議採用所謂」一致性導數「(uniformderivatives)。實際上,引入「一致性導數」的最佳途徑是回歸無窮小微積分學。

在無窮小微積分學裡面,如果函式f滿足條件:

(*)   f(x+ ?x) - f(x) = f'(x)?x + ε ?x      ?x ∈ (a,b)

其中?x與ε都是所謂的「無窮小」,則稱函式f'是函式f在開區間(a,b)中的「一致性導數」。

我們注意一件很有意思的事情:在以上(*)式中,如果在?x的尺度上來看該函式的微觀區域性圖形(表現),由於「ε?」這一尾項是相對於?x的更為微小的」數量「(teeny tinyquantity),因而,用肉眼是應該看不見的。這就是說,上述(*)式變成了f(x+ ?x) - f(x) =f'(x)?x,這正好是一條無窮小的直線段,印證了「curves consist ofinfinitesimal straight segments」這句古話,意思是,曲線是由無窮小的直線段所組成。嚴格地講,傳統微積分學關於曲線與其切線的示意圖都是脫離實際的,完全是杜撰出來的。

當前,在科技發達國家,無窮小又回歸微積分學。這是不奇怪的事情,因為,基於現代數學嚴格意義上的無窮小(量)只是一種無限接近於零的超實數而已,不是什麼」玄學「的研究物件。(全文完)

袁萌  5月28日

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