《简单微积分》的原文摘录
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制作散寿司非常麻烦。要先做醋拌饭,然后烹煮配菜。为组合各种食材,从制作的前一天就要开始采购,并悉心处理、加工,这是一项非常需要耐心的工作。
但是,因为制作者知道为达成目标需要做哪些事情,即便步骤繁杂,也能胸有成竹、有条不紊。这个过程中,最重要的是制作者观念中成型散寿司的形象。如果不告知目的是制作散寿司,就强迫人去费劲处理康吉鳗、窝斑鰶——无论忍耐力多强的人都会感到厌烦吧。
学校里教授微积分的方法和后者相近。优先并毫无遗漏地传授之后才会使用的知识。当万事俱备后,就以"之前学过这个知识了,接下来我们就使用这个方法"的方式往下学习。直到最后也不告诉学生这些方法的意义,而是生硬的把学生推到目的地。
军队式讲解方法的优点在于,必要时可以把已经学过的知识当作前提来讲解新的内容。这种方法很适合编写教科书,既可以节约纸张页数,又能缩短解释时间,对于要求在短时间内教授更多知识的学校教学体系,这种方法可以说是一种合适的选择。
但是,如果站在学习者的立场来看,情况就会发生变化,这种教学方法会让学习者在不知道终点的情况下,一直往前奔跑。虽说这是学习者的任务,但是没有目的的学习,还是稍微有些辛苦的。
因此本书尽可能用解决问题型的方法来讲解。如前文所述,微积分中存在某种目的,因此肯定存在解决的具体问题。 (查看原文)
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如书名所示,本书是一本微积分入门书。虽然是入门书,不过写到后面,却发现内容已经相当有深度。
这样的话,或许你会想:“是不是先得准备纸和铅笔?”
不用,我们不需要纸和铅笔。本书是一本只需要“读”的微积分入门书。请轻松地来阅读吧。
说起微积分,大家有什么印象?想必很多人会联想到棘手的计算吧。甚至还会有人想到这种情景——在学校的考试中,只是因为计算稍稍出错,就被大幅扣分,凄惨至极。
哎呀,这位姑娘似乎认为解决微积分问题,只要套用背诵的公式就足够了。这就是那种在学校的考试中掌握了应试要领的典型人物。
不过,对于如何看待微积分,还存在像上面这位博士一样的一类人,他们的看法在某种意义上略显偏激。这种人在学校里可能难以被认可,不过在社会中似乎能生存下去。
本书讲解微积分选择的是这位博士的立场。因为我认为,虽然会计算微积分更好,但最开始学习微积分时,重点并不在计算上。
数学家是擅长数学的人,所以他们也很擅长计算吧?不,不一定是这样的。令人意外的是,数学家不仅会有不少单纯的计算失误,而且也常常会在思路上出现错误。
创立了组合拓扑学的天才数学家亨利•庞加莱也是经常犯错误的,据说就连他的论文中也存在不少错误。
但是,庞加莱思考的方向在本质上是准确无误的。只要思考的方向正确,即使稍微出点儿差错,对整体而言也并不是致命的。在学校,考试之所以依据计算结果的正确与否来确定成绩,是因为根据思路来给分数比较困难。
我喜欢南方的国家,2010 年曾在印度生活了一年。在金奈(Chennai,旧称 Madras)的一所数理科学研究所做研究时,深深吸引我的不仅是印度这个国家,还有印度人的研究方法。
其中令人惊讶的是,印度的研究者不怎么计算。当然,并不是完全不计算,而是与计算相比,他们在思考上花费的时间更长。我甚至怀疑他们这样是不是为了节约纸。“只要有纸和铅笔就能够做研究”是数学家的口头禅,但是印度人可能会笑道:“难... (查看原文)
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地球每天自转一周,而且自转的速度相当快,赤道附近的速度可达1700kmh,是音速的138倍大家可以想象一下地球这种快速旋转的姿态,在这种情况下,由于离心力的作用,地球被横向拉伸也是理所当然的。 (查看原文)
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将思考应用于实际,用自己的力量去推导面积、体积,这才是积分的乐趣,也是学习积分的真正意义。 (查看原文)
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在此基础之上,我们选取一条度△x的短条。△是希腊字母,读作“德尔塔”( Delta),多用作“差”( difference)的符号,表示非常小的数值。 (查看原文)
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左端公式中那个像把字母S纵向拉长的符号音同 integral(积分)积分原本就是“和”的意思,因此积分符号也是取自拉丁语中和”的单词 Summa的首字母S。 (查看原文)
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△和d,这两个符号都源于“差”( difference)。二者的不同之处在于,△是“近似值”,而英文小写字母d是“精确值”。
近似值在某种情况下必定是不正确的,而精确值在任何情况下都是正确的。
总结一下:
德尔塔△)一一当存在宽度(宽度大于0)之时
英文小写字母d一当宽度趋向于0,计算极限数值时。 (查看原文)
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小学所学的图形面积、体积的计算,实际上是与积分世界相连通的。积分并不是高中教材中突然半路杀出的“程咬金”,初等教育中相关内容的学习,已经为迈入积分世界做了充分的热身。
而对于微分,大部分人都感觉不是很熟悉。说起微分,就会提到“切线斜率”“瞬时速度”“加速度”,这些内容怎么理解
都很难懂。这些东西我们无法直接用眼睛看到,很难直观上去把握。
从历史上来看,积分比微分要更早出现。
积分法的起源是“测量图形的大小”。古时候图形长度、面积、体积的计算方法,通过口传心授得以流传,经过历代人的智慧的锤炼,进而发展成为现在的积分法。
探寻积分法诞生的历史,大致可以追溯到公元前1800年左右。公元前200年的阿基米德时代1,在计算抛物线和直线围成的图形面积问题上,已经出现了与现在积分法十分相似的“穷举法”。积分的历史,还真是悠久。
到了12世纪,印度的婆什迦罗二世提出了积分法的“前身”方法。进入17世纪,牛顿综合了微分法和积分法,尝试从万有引力理论来推导天体的运动规律。
总之,从积分出现到微分诞生,至少有长达1300年的间隔。
积分之所以会较早出现,是因为人类需要把握那些可见的东西,例如计算物体的面积、体积等。
初等教育中的图形计算,通常只针对长方形、圆形等规规矩矩的图形。而现实情况中,这些知识往往难以直接去应用。 (查看原文)