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數(shù)學心

第二百二十九章 柯西的微積分規(guī)范(微積分)

數(shù)學心 蔡澤禹 464 2020-08-06 12:17:09

  拉普拉斯也覺得柯西的文章數(shù)目太多了,讓人目不暇接。覺得柯西主要一有空腦子里就會想數(shù)學的事情,很多事情僅僅是一種講究,根本就沒必要去當一會兒事。

  拉普拉斯對柯西說:“你的論文太多,繁雜而繚亂,這對研究數(shù)學不利。你應該少而簡單點才對?!?p>  柯西一聽到拉普拉斯如此說,心想,這樣不是第一次被人質(zhì)疑了。或許有的人就是因為嫉妒吧??挛髡f:“你說說看,數(shù)學走到今天,還能怎么簡單得下來。而且,你給你一個絕望的消息,數(shù)學以后可能會越來越多,一生都不會有人學完?!?p>  拉普拉斯說:“不會吧,盡量還是有幾句話就點透一個人吧?!?p>  柯西說:“大方向肯定可以點透一個人,但是數(shù)學中有很多重要的細節(jié)。如果你不當回事兒,別人可以找出其中的麻煩。”

  拉普拉斯跟柯西說:“即使有了發(fā)現(xiàn),有必要寫這么多嗎?你的文章大家都看不完?!?p>  柯西說:“確實多了些,但是我的東西還是需要細細的看。因為,我在研究數(shù)學的過程中發(fā)現(xiàn)了一些驚人的東西。我敢保證,這肯定是數(shù)學的未來?!?p>  拉普拉斯說:“你的那些東西是未來?”

  柯西說:“就比如微積分,如果不使用我的這種語言來描述。而僅僅用牛頓和萊布尼茨的那種描述,那就會被無窮小到零這樣的問題來反駁。”

  拉普拉斯說:“我認為初學者不應該使用你這種描述方式,畢竟微積分是一個公式,本領(lǐng)不算難,但經(jīng)過你這種嚴謹?shù)姆椒?,反而弄得難了。讓很多本來可以學會的學生,都知難而退了?!?p>  柯西說:“那也得這樣來,人就是這樣的,你簡單點,他們挑你毛病,你仔細點,對方就學不會。只能說,被嚇退的,僅僅是因為還不夠愛數(shù)學而已?!?p>  拉普拉斯無話可說,但是依然不太服氣。

  1821年柯西出版了《分析教程》,這是第一次將數(shù)學分析建立在正式基礎(chǔ)上。它為巴黎綜合理工學院的學生設(shè)計,致力于盡可能嚴格地發(fā)展微積分的基本定理。

  柯西是極限理論的集大成者,他使得整個微積分理論建立在極限理論的基礎(chǔ)之上,使分析學開始一步步走向嚴格化。可以說,分析學的歷史發(fā)展是以柯西為分界線的,而后面的數(shù)學大師們都可看作是他的門徒。

  以嚴格化為目標,柯西對微積分的基本概念,如變量、函數(shù)、極限、連續(xù)性、導數(shù)、微分、收斂等等給出了明確的定義,并在此基礎(chǔ)上重建和拓展了微積分的重要事實與定理。以下是柯西關(guān)于極限的定義:

  當屬于一個變量的相繼大的值無限地趨近某個固定值時,如果最終固定值之差可以隨意地小,那么這個固定值就稱為所有這些值的極限。

  然而柯西的極限思想并不是沒有缺陷的。極限理論在當時還只能說是“比較嚴格”,人們不久便發(fā)現(xiàn)柯西的理論實際上也存在漏洞。例如,他用了許多“無限趨近”、“想要多小就多小”等直覺描述的語言。

  我們在這里不得不提到另外一位傳奇的分析學大師——魏爾斯特拉斯。

  為什么極限理論的建立需要實數(shù)理論?

  我們不妨開門見山,首先要問——我們的連續(xù)性是否需要實數(shù)?柯西列極限的存在性是否需要實數(shù)?零點定理的保證是否也需要實數(shù)?

  如果數(shù)系不是連續(xù)的,是離散的,那么某些數(shù)列的極限是否存在就值得懷疑。

  我們知道,現(xiàn)代的極限定義是用實數(shù)來定義一個數(shù)列的極限值的。但是對于有理柯西列,放在有理數(shù)域,它的極限值就不一定存在。

  另外,我們考慮介值定理,最簡單的就是零點存在定理。想象一下一條曲線穿過數(shù)軸,直觀的判斷必然會有零點存在嗎?我們說,當然,怎么可能沒有零點存在呢。不過,我們這里已經(jīng)默認這樣一條數(shù)軸是連續(xù)的,這里就要糾結(jié)一下,這里的數(shù)是什么,是單純的有理數(shù)嘛?這時還沒有實數(shù)。

  因為有理數(shù)盡管是稠密的,但它是離散的,而且無理數(shù)還沒有被嚴格定義。如果不嚴格定義實數(shù),不是放在實數(shù)系去考慮,那么單純借助極限理論我們無法得到這樣美妙且直觀的定理。

  我們不禁要大聲疾呼:

  連續(xù)性需要實數(shù)的嚴格定義!

  柯西列極限的存在需要實數(shù)的嚴格定義!

  零點定理的保證也同樣需要實數(shù)的嚴格定義!

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