77百科网
当前位置: 首页 生活百科

微积分的基本历程(微积分发展史1:源于面积)

时间:2023-05-23 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 生活百科

微积分发展史1:源于面积微积分有多重要相信大家多多少少心里都有点数,搞数学的不会微积分就跟中学生不会“加减乘除”一样,基本上啥都干不了牛顿是物理学界的封神人物,然而牛顿还凭借着微积分的发明,跟阿基米德、高斯并称为世界三大数学。

微积分有多重要相信大家多多少少心里都有点数,搞数学的不会微积分就跟中学生不会“加减乘除”一样,基本上啥都干不了。牛顿是物理学界的封神人物,然而牛顿还凭借着微积分的发明,跟阿基米德、高斯并称为世界三大数学家,这是何等荣耀?这又从侧面反映出微积分是何等地位?

除了重要,很多人对微积分的另一个印象就是难。在许多人眼里,微积分就是高深数学的代名词,就是高智商的代名词,许多家长一听说谁家孩子初中就学了微积分,立马就感叹这是别人家的天才。其实不然,微积分并不难,它的基本思想甚至是非常简单的,不然也不会有那么多初中生学习微积分的事了。

源于面积

我们从小学就学了各种求面积的公式,什么长方形、三角形、圆、梯形等等,然后“求阴影部分的面积”就成了小时候的一块心理阴影。

不知道大家当时有没有想过一个问题:好像我们每学一种新图形就有一个新的面积公式,可是,世界上有无数种图形啊,难道我要记无数种公式么?这太令人沮丧了!

更令人沮丧的是,还有很多图形根本就没有什么面积公式。比如我随手在纸上画一条曲线,这条曲线围成的面积你要用什么公式来算?但是,它确实围成了一块确定大小的区域啊,大小是确定的就应该能算出面积来,算不出来就是你的数学不行,对吧?于是,这个事就深深地刺痛了数学家们高傲的内心,然后就有很多人来琢磨这个事,比如阿基米德

如何求一条曲线围成的面积?

面对这个问题,古今中外的数学家的想法都是类似的,那就是:用我们熟悉的图形(比如三角形、长方形等)去逼近曲线围成图形的面积。这就好比在铺地板砖的时候,我们会用尽可能多的瓷砖去填满地板,然后这些瓷砖的面积之和差不多就是地板的面积。

阿基米德首先考虑抛物线:如何求抛物线和一条直线围成的面积?抛物线,顾名思义,就是你往天上抛一块石头,这块石头在空中划过的轨迹。如下图的外层曲线:

这条抛物线直线BC围成了一个弓形(形状像一把弓箭,涂了颜色的部分),这个弓形的面积要怎么求呢?阿基米德的想法是用无数个三角形去逼近这个弓形,就好像我们用很多三角形的瓷砖去铺满这块弓形的地板一样。

他先画了一个蓝色的大三角形ABC(这个三角形并不是随意画的,抛物线在A点处的切线必须跟BC平行。这里我们不细究,只要知道能够画出这样一个三角形就行)。当然,这个三角形ABC的面积肯定比弓形的面积小,小多少呢?显而易见,小了左右两边两个小弓形的面积。

如果我们能把这两个小弓形的面积求出来,加上三角形ABC就可以求出原来大弓形的面积了。但是,如何求这两个小弓形的面积呢?答案是:继续用三角形去逼近!

于是,阿基米德又使用同样的方法,在这两个小弓形里画了两个绿色的三角形。同样的,在这两个小弓形被两个绿色三角形填充之后,我们又多出了四个弓形,然后我们又用四个黄色的三角形去填充剩余的弓形……

很显然,这个过程可以无限重复下去。我们可以用1个蓝色,2个绿色的,4个黄色的,8个红色的等无穷多个三角形来逼近这个弓形。我们也能很直观地感觉到:我们使用的三角形越多,这些三角形的面积之和就越接近大弓形的面积。用三角形的面积之和来逼近这个弓形面积,这我没意见,但关键是你要怎样求这么多三角形(甚至是无穷多个三角形)的面积呢?

这就是阿基米德厉害的地方,他发现:每次新画的三角形的面积都是上一轮三角形面积的1/4。也就是说,2个绿色三角形的面积之和刚好是1个蓝色三角形面积的1/4;4个黄色的三角形的面积之和刚好是2个绿色三角形的1/4,那么就是1个蓝色三角形面积的1/16,也就是(1/4)²……

如果我们把所有三角形的面积都折算成第一个蓝色三角形ABC(用△ABC表示)的面积,那么大弓形的面积S就可以这样表示:

S=△ABC (1/4)△ABC (1/4)²△ABC(1/4)³△ABC……

这东西放在今天就是一个简单的无穷级数求和问题,但阿基米德是古希腊人,那是秦始皇都还没统一中国的年代,什么高等数学更是不存在的,怎么办呢?

阿基米德计算了几项,直觉告诉他这个结果在不断地逼近(4/3)△ABC,也就是说你用的三角形越多,面积S就越接近(4/3)△ABC。于是阿基米德就猜测:如果我把无穷多个三角形的面积都加起来,这个结果应该刚好等于(4/3)△ABC。

当然,光猜测是不行的,数学需要的是严格的证明,然后阿基米德就给出了证明。他证明如果面积S大于(4/3)△ABC会出现矛盾,再证明如果它小于(4/3)△ABC也会出现矛盾,所以这个面积S就只能等于(4/3)△ABC,证毕。

就这样,阿基米德就严格地求出了抛物线和直线围成的弓形的面积等于△ABC的4/3,他使用的这种方法被称为“穷竭法”。

    推荐阅读
  • 白夜行一样好看的小说(白夜行终于读完了)

    警方在她家发现了吃过之后丢弃的包装盒,于是警方断定桐原洋介那天来过雪穗家。西本母女两人居住,雪穗的父亲七年前在工地上发生意外去世了。警方猜测桐原洋介和西本文代的关系不一般,不巧的是西本文代却有完美的不在场的证明。寺崎忠夫承认了他和西本文代确实在交往。这时的警方,推测桐原洋介可能是胁迫西本文代,而寺崎忠夫无法忍受,便将其杀害的,又不巧的是,这个时候,寺崎忠夫发生了意外,疲劳驾驶意外死亡。

  • 昀怎么读什么意思(昀读音和解释)

    跟着小编一起来看一看吧!昀怎么读什么意思昀是一个汉语汉字,读音为yún。释义为日光,出自于《玉篇》――昀,日光也。多用于人名,纪昀,即纪晓岚。《玉篇》日光也。昀部首:日昀笔画:8

  • 屋顶被火球砸死(神秘火球坠落挪威首都)

    NMN当地时间7月25日午夜,挪威首都奥斯陆的一些市民被空中传来的巨响惊醒。研究人员推测,这个火球是一颗火流星。根据监控,研究人员推断这颗火流星最终落入了距奥斯陆市区约60公里的Finnemarka森林中,并在流星坠落后进行了搜寻。这颗火流星的本体有卡车般大,释放出的能量相当于广岛原子弹爆炸的30倍左右。它坠落后给当地的建筑造成了一定程度的破坏,并使大约1200人不同程度地受伤神秘火球午夜坠落挪威的森林。

  • 帝豪s和帝豪gs有什么区别(帝豪s跟帝豪gs)

    近日,小编经常收到小伙伴们关于“帝豪S和帝豪GS有什么区别”的相关留言,现在为大家讲解。帝豪s和帝豪gs都是吉列汽车旗下的SUV车型。帝豪s和帝豪gs两者的主要区别在于:1,产品售价对比,帝豪s的定价比帝豪gs稍微高一些;2,产品定位对比,帝豪s虽然跟帝豪gs在车型还有很多方面很类似,但是帝豪s更注重在年轻运动、时尚感、科技感方面的品牌升级。买车究竟是买轿车好呢?其实,这个关键还是要看买车的目的是什么。

  • 普通翡翠怎么让它水头好点(如果你不懂翡翠的)

    当欣赏翡翠的水头时,联想起女人如水这句话,都有那么一种类似的感觉,清新雅致,显得是那样的纯净而动人、单纯、和平之美别具韵味。水头是翡翠业内的行家通过长时期的观察总结出来的一种比拟性的表述。说到翡翠的水头,大家都知道透明度好的翡翠,水头就好,水头就是翡翠的透明度,这种说法不完全正确。水头的好坏直接关系到成品的质量,是评价翡翠的重要因素之一。

  • 鲜红的太阳在徐徐上升改成比喻句(什么是比喻句)

    我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!鲜红的太阳在徐徐上升改成比喻句徐徐上升的太阳像鲜红的一团火。鲜红的太阳在徐徐上升,像一个硕大的火球。比喻句,是一种常用修辞手法,意思是打比方,用浅显、具体、生动的事物来代替抽象、难理解的事物。

  • 金乡定亲风俗(文化费县之婚嫁习俗篇)

    费县民间关于婚嫁的习俗讲究也特别多,操办起来也是力求热闹。不过了解费县这些习俗还是很有意义的,既是对传统文化的传承,很多礼节的设定本来也具有实用价值。费县的很多婚嫁习俗也是这样,看似落后的无价值的仪式,有一部分因为生活习惯变化太大没有操作必要了,但大部分还是有价值的。今天首先介绍费县婚嫁习俗当中的定亲仪式,明天介绍送日子习俗,欢迎继续关注。

  • 隔离乳可以直接涂吗(怎么使用)

    隔离乳的主要作用是隔绝皮肤和彩妆,以及空气中的污染物,虽然它里面也含有一定物质,可以滋养肌肤,但单靠这些是不能够满足肌肤要求的,所以在使用隔离乳之前要做好基础护肤工作。一般情况下最简单的步骤是在使用完爽肤水以及乳液之后涂抹隔离乳,如果是本身肌肤比较容易出油,或是夏天容易出汗的情况下,可以选择拍完水之后使用隔离乳。隔离乳的主要作用是保护肌肤,使用完隔离乳之后,就可以使用其他彩妆产品了。

  • 等一个人的说说(20条等一个人的说说心情短语)

    死缠烂打的样子特别丑,所以我选择自己走。如果有一天,我走进你的心里,我也会哭,因为那里没有我。

  • 要请病假的证明怎么开?(请病假需要怎么开证明)

    第三条企业职工因患病或非因工负伤,需要停止工作医疗时,根据本人实际参加工作年限和在本单位工作年限,给予三个月到二十四个月的医疗期:(一)实际工作年限十年以下的,在本单位工作年限五年以下的为三个月;五年以上的为六个月。